«Большая энциклопедия техники»

Большая энциклопедия техники (fb2) - Большая энциклопедия техники 9924K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Коллектив авторов

Большая энциклопедия техники

Авторский коллектив:

Алексеев В. С., Гаманюк Д. Н., Гордиенко М. Д., Жагрин С. Г., Зотов В. В., Иванова Т. В., Кагис Н. Я., Карлыганова Н. В., Лиманский С. Н., Липатова Г. А., Матвеенко Г. В., Матлахова М. С., Микульская Д. Г., Палагин Е. В., Рахно М. О., Сергеев А. В., Тихонова Е. О., Федотов А. А., Шнайдер Д. Д.

Введение

История человеческой цивилизации неразрывно связана с историей развития техники. Неслучайно особо важные моменты человеческого прогресса отмечены так называемыми научно-техническими революциями.

Еще древний прародитель современного человека отметил, что обычная работа становится гораздо проще, если в ее процессе применяются какие-либо дополнительные приспособления.

Первая научно-техническая революция, прошедшая в период примерно с XIII по IV тысячелетие до н. э., характеризуется изобретением лука и стрел и использованием их в качестве оружия для охоты и обеспечения безопасности. Появление каменного топора и каменной мотыги спровоцировало значительный скачок в развитии орудий труда и совершенствовании земледелия.

Вторая техническая революция, начавшаяся в 1000—500 лет до н. э., привела к появлению первой земледельческой техники. Несмотря на то что первые изобретения не освобождали полностью человека от тяжелого труда, они значительно облегчали жизнь первым землепашцам. Еще лишенные механизмов и дополнительных приспособлений первые плуги, бороны и сеялки, приводимые в движение мышечной силой животных, были полноправной сельскохозяйственной техникой, так как имели сложную конструкцию. Вслед за изобретениями, позволяющими с легкостью выполнить необходимые полевые работы, появились и другие сложные устройства. Их применение не было ограничено ни территорией, ни временем. Постепенно совершенствуясь и механизируясь, такие предметы, как ткацкий станок или мукомольный аппарат, используются и по сей день, только облик и конструкция механизмов подверглись тщательной доработке.

Изобретения, пришедшие из глубины веков, не пропали зря, а стали основой для создания новых механизмов и устройств.

Первые междоусобицы, вызванные нехваткой пахотных земель, породили новый вид техники – оружие. Первоначально исключительно холодное оружие с изобретением пороха стало еще мощнее и конструктивно сложнее. Развитие оружейной техники продолжается до сих пор. Со временем широко шагающий оружейный прогресс позволил расширить данную область, пополнив их совершенно новыми техническими направлениями – ракетотехникой, робототехникой, ядерной и химической техникой.

Следующим грандиозным прорывом в области техники стало изобретение самодвижущихся механизмов. Снабженные различными шестернями и пружинами, такие устройства по-прежнему нуждались в человеческом обслуживании, но в отличие от первых технических достижений требовали гораздо меньше мускульных затрат. Механизмы приводились в движение с помощью коленчатых валов, разнообразных рычагов и ременных передач. Таким машинам поручали тяжелую работу, выполнить которую человеку было не под силу – это и тягловые механизмы, и кузнечные меха, и ручные мельницы.

Третья научно-техническая революция (XI—XIX вв.) связана с открытием силы пара и стала причиной появления паровых механизмов. Именно с этого момента транспортная техника, представляемая до этого колесными повозками, приводимыми в движение мускульной силой животных, стала работать без использования животной силы. Паровой двигатель позволил снабдить платформу с четырьмя колесами достаточной скоростью и мощностью – такая повозка могла уже перевозить гораздо большее число пассажиров. Несколько таких платформ, соединенных вместе, стали прообразом появившегося вскоре паровоза, а парогенератор, присоединенный к вращающемуся колесу, позволил во много раз увеличить скорость передвижения крупного судна – так появился пароход.

Паровые двигатели и генераторы энергии значительно упростили и ускорили работу во многих отраслях. На основе таких устройств создавались первые станки, обслуживающие крупные фабрики и заводы. Такое достижение позволило значительно упростить работу обычного человека, сделав ее более легкой. К тому же некоторые станки и механизмы со временем стали заменять человека, так как делали то, что сделать обычный рабочий был не в состоянии: поднимали невероятные тяжести, работали без перерыва круглые сутки, делали точную и кропотливую работу. Характерными представителями этого периода стали парусные суда, использующие силу ветра, водяные, а впоследствии и ветряные мукомольные мельницы, прядильные машины. Первоначально медлительные и массивные механизмы становились быстрее, изящнее, точнее.

Человек издавна смотрел на небо с восторгом и живым укором, так как природа не дала человеческому организму способности летать. Но на определенном этапе технического прогресса человек задумался о создании машины, которая подняла бы его в небо. Вскоре человек совершил полет на самолете. Так была открыта новая, доселе не изученная техническая область – аэротехника, ставшая матерью великого множества открытий. Дирижабли, цепеллины, самолеты, вертолеты – механизмы, ранее просто немыслимые, стали наконец-то реальностью. Но человечеству этого стало мало. Прогресс стремится выше – из аэротехники постепенно отделилась и оформилась новая линия технических достижений – космическая техника и ракетотехника.

Четвертый этап технического развития позволил задействовать неведомую силу тока. Широко стали развиваться области, напрямую связанные с электроэнергией. В домах появился свет, заводы и фабрики полностью автоматизировались. Казалось бы, что теперь человеку нет места – где сможет работать такое хрупкое создание, не способное ни поднять огромный груз, ни производить непрерывно одну и ту же операцию, ни работать с колоссальной скоростью? Но любой механизм нуждается в уходе и присмотре – кто-то должен управлять машиной, чтобы она выполняла необходимые функции.

Пятая волна технических достижений принесла одновременно как печальные результаты, так и множество необходимых для жизни вещей. Открытие и разработка атомных технологий позволили обогреть квартиры и дома, значительно расширить возможности человека в самых различных областях техники. Но в то же время открытие деления атомов привело к появлению самого ужасного оружия – атомной бомбы.

В целом большинство крупных технических и научных шагов так или иначе связано с тем или иным военным конфликтом. Первоначально чисто военные изобретения со временем становились частью повседневной жизни.

Однако развитие техники направлено не только на создание убивающих и уничтожающих машин. Большинство современной бытовой техники, активно используемой домашними хозяйками и значительно сокращающей время, необходимое для выполнения домашней работы, возникло совершенно случайно, в качестве «побочного эффекта» при создании устройств в других областях.

Современный этап развития техники также можно считать очередным витком технического прогресса или новой научно-технической революцией. Особое внимание в современном мире уделяется информационным и кибертехнологиям. Механизмы, созданные с помощью современных достижений, во много раз превосходят по точности, исполнительности, тонкости производимой работы даже самого профессионального и ловкого человека. Микролазер со встроенной микрокамерой позволяет обследовать организм человека и произвести необходимую операцию, не задев здоровых тканей и практически не оставив после себя следа. Сеть Интернет – первоначально военная разработка – стала незаменимым спутником делового человека. Многочисленные механизмы и устройства позволяют поддерживать жизнь больного человека и даже способны заменить недееспособные органы. Робототехнология позволила создать идеальных помощников, способных трудиться в абсолютно любых областях, начиная от военной специализации (робот-сапер, робот-разведчик, робот-спасатель) и заканчивая банальной уборкой помещения. Уже используются кибермеханизмы, предназначенные для обнаружения и эвакуации жертв завалов, роботы-врачи, способные производить надрезы, не видные человеческому глазу, даже роботы-певцы и роботы-музыканты.

Современный мир не представим без применения различных технических достижений. Транспорт, строительная техника, информационные технологии – все это окружает нас изо дня в день. Более того, выйди из строя все механизмы и технические устройства разом, остановилась бы жизнь, и историю человечества пришлось бы начать с нуля.

Современному человеку, особенно напрямую не связанному с работой в области высоких технологий, трудно разобраться с достижениями прогресса последних лет. Для того чтобы облегчить эту работу и дать определенные представления о развитии современных технологий, и написана эта книга.

Данная энциклопедия, рассчитанная на широкий круг читателей, содержит в себе полную информацию о технических достижениях человечества, начиная с древнейших времен. Группа авторов, работавших над этой книгой, использовала большое количество разнообразных справочных материалов, включающих в себя специальную литературу, словари и энциклопедии, ранее написанные по этой теме, а также справочные ресурсы сети Интернет. Подобранные сведения и их описание отличаются профессионализмом. Собранные и включенные в книгу статьи не содержат ничего лишнего, не касающегося рассматриваемой тематики. Написанные доступным языком научные статьи содержат в себе краткое описание устройства, историю его возникновения, а также сферы и области жизни, в которых это устройство применяется. Информация, представленная в энциклопедии техники, доступная, понятная и будет полезна как профессионалам, так и начинающим свое знакомство с миром технических достижений.

Энциклопедия включает 20 разделов. В каждом разделе собрана информация о технике определенной области. В книге есть описания таких достижений, как робото– и кибертехнологии, космической техники, офисной техники, транспорта и авиации, бытовой техники и техники других видов. Такое разделение не случайно. Во-первых, подобная структура книги облегчает поиск необходимого термина, во-вторых, подобное устройство содержания книги позволяет систематизировать доступную информацию.

Каждый раздел включает в себя полные и интересные статьи, расположенные в алфавитном порядке. Помимо широко употребляемых устройств, использующихся человеком ежедневно, таких как пылесос, телевизор, радио, в книге имеются статьи, касающиеся достижений, известных только узким кругам профессионалов.

Уникальность данного издания заключается в том, что статьи содержат максимум полезной читателю информации. Книга позволит ответить на интересующие вопросы, касающиеся истории создания того или иного изобретения или принципов устройства редкого или необычного механизма.

Книга будет полезна как детям, так и взрослым, так как поможет не только ознакомиться с последними достижениями прогресса, но и упорядочить или дополнить уже имеющиеся знания взрослого человека. Энциклопедия техники сможет стать хорошим настольным справочным изданием, воспользоваться которым сможет человек любого возраста.

Раздел 1. Транспортная техника

Автобус

Автобус – транспортное средство для перевозки достаточно большого числа пассажиров, более 8 человек.

Автобус.

Кузов автобуса вагонного типа – это несущая конструкция. К основанию кузова прикреплен двигатель, оси, коробка передач. Двигатель расположен в передней, задней или средней части – под полом. Привод идет на заднюю ось. Но у некоторых модификаций небольшой вместимости ведущие и задние, и передние колеса. В подвеске используются резино-тканевые баллоны со сжатым воздухом – это обеспечивает хорошую плавность хода и сохраняет постоянную высоту пола и подножек независимо от нагрузки. Привод рабочего тормоза к тормозным механизмам колес – пневматический или пневмогидравлический. Первые автобусы появились в начале ХХ в. и быстро получили широкое применение в разных странах Европы, США. В России в 1924 г. в Москве появились линии автобусных перевозок. Все автобусы различаются в основном по назначению, от которого зависят их характеристики: габариты, вместимость, скорость, особенности конструкции. По назначению автобусы бывают: городские, пригородные, междугородные – туристские, местного сообщения. Городские автобусы имеют несколько дверей входа и выхода, число мест для сидения ограниченно, центральный вход шире других, около дверей «накопительные» площадки, центральный проход – широкий. Иногда автобус бывает сочлененный, т. е. он состоит из двух соединенных гибким сочленением частей, но имеет одно пассажирское помещение, или автобус двухэтажный, у него два пассажирских помещения, одно над другим. Городские автобусы имеют относительно высокую скорость, чему служит способность делать интенсивный разгон при частых остановках. Пригородные автобусы имеют большее число сидений, чем городские, за счет уменьшения центрального прохода и «накопительных» площадок. Междугородные – туристские автобусы имеют конструкцию, обеспечивающую движение с большой скоростью, оборудуются отоплением, вентиляцией, гардеробом, холодильником, туалетом. В пассажирском помещении мягкие спальные кресла, под полом размещены багажные отсеки, все сделано с учетом комфортного путешествия. Местные автобусы имеют более прочный кузов и ходовую часть, привод на 2 или 3 оси, так как они используются для перевозки пассажиров по межрайонным маршрутам в сельской местности, с не всегда хорошими дорожными условиями. Основная характеристика любых автобусов – вместимость, она зависит от габаритных размеров. Длина: 5 м – особо малые автобусы; 7,5 м – малые; 9,5 м – средние; 11 м – большие; 12 м – особо большие; 16,5 м – сочлененные. Вместимость автобусов длиной 7,5 м достигает 40 человек, длиной 12 м – до 120 человек, сочлененных – 160 человек. Нижний предел максимальной скорости городских – 70 км/ч, пригородных и местных – 80 км/ч, междугородных – 100 км/ч. Автобус – это удобный, комфортный вид транспорта. Дальнейшее развитие его использования направлено на совершенствование конструкции и систем управления для улучшения и комфорта путешествий.

Автодрезина

Автодрезина – самоходное транспортное средство, предназначается для ремонта железнодорожного пути, перевозки материалов, механизмов, инструментов, инспекторских поездок. Имеет вид железнодорожной платформы, с собственным двигателем внутреннего сгорания, ходовые части – колесные пары. Первые дрезины появились с открытием железнодорожного сообщения в начале XIX в. Это были четырехколесные тележки с ручным управлением. Само название «дрезина» произошло от имени ее изобретателя К. Ф. Дрезе. Современные автодрезины отличаются довольно мощными дизелями. Модификации их различаются по назначению, по массе. По характеру работы автодрезины бывают пассажирские и грузовые; пассажирские перевозят людей на ремонтные работы, грузовые – механизмы и материалы. Грузовые оснащены подъемными поворотными кранами, монтажными вышками, измерительными приборами. Масса дрезин различна. Автодрезины массой до 300 кг называются съемными; они имеют двигатель мощностью 7—18 кВт. Используются они для перевозки людей – 4—6 человек и до 50 кг груза.

Автодрезины массой от 300 кг до 50 т называются несъемными; они имеют двигатель мощностью 75—185 кВт; они могут перевозить людей до 30 человек или до 6 т грузов. К автодрезине могут также прицепляться обыкновенные железнодорожные вагоны или 1—2 платформы с грузами.

Автомобиль

Автомобиль – самоходное безрельсовое транспортное средство для перевозки грузов и пассажиров. Автомобиль состоит из кузова для перевозки грузов и пассажиров или кузова для грузов у грузовых автомобилей; ходовой части, механизмов управления, двигателя, электрического оборудования. Построить самоходное транспортное средство люди пытались уже в Cредние века. В Европе это стало возможным только в XVIII в. с изобретением паровой машины. Построенные тогда транспортные средства имели паровые двигатели, рулевой механизм, тормоза. Строили их и в XIX в. в Англии, Франции, Германии, России. В конце XIX в. велись работы по строительству транспортного средства с электрическим двигателем. Но все это были только отдельные образцы. И только с изобретением двигателя внутреннего сгорания началось строительство автомобилей во многих странах. В 1866 г. в Германии, в 1890 г. во Франции, в 1892 г. в США свои первые автомобили выпустил Г. Форд и с 1903 г. начал промышленное производство автомобилей. В России в 1908 г. построен первый русский автомобиль «Руссо-Балт» и первый грузовой АМО в 1924 г. В странах Европы, России и США появилась автомобильная промышленность, стали строиться специализированные машиностроительные предприятия, которые успешно работают до сих пор. В США – «Форд», «Крайслер», «Дженерал моторс»; в Германии «Опель», «Фольксваген»; во Франции «Пежо», «Рено», в Италии «Фиат», в Японии «Ниссан мотор», «Тойота мотор». В России – в Москве, на Урале, в Нижнем Новгороде, Тольятти, Ижевске в начале 1930-х гг. стали создаваться предприятия автомобильного машиностроения.

В наши дни это высокопроизводительное, специализированное производство. Самые известные марки российских автомобилей – ГАЗ, МАЗ, УРАЛ, КамАЗ. В России выпускаются легковые малолитражки, мощные грузовые автомобили, с повышенной грузоподъемностью, специализированные: автомобили-цистерны, самосвалы, тягачи, фургоны, прицепы. Автомобили различаются по назначению, по проходимости, по типу двигателя. По назначению они бывают транспортные, специальные, спортивные (гоночные). Транспортные автомобили – грузовые или легковые – используются для перевозки грузов и пассажиров. Специальные автомобили, оборудованные специальными установками, используются для различных целей – пожарные автомобили, автокраны. Гоночные автомобили используются для спортивных соревнований и для установки скоростных рекордов. Транспортные автомобили имеют разную конструкцию по своему назначению. Легковые, вместимостью до 8 человек, имеют закрытый или открытый кузов. Грузовые автомобили имеют кузов для перевозки груза (грузоподъемностью до 100 т). Бывают грузовые автомобили без кузова – это тягачи. По проходимости выделяют автомобили: дорожные, внедорожные и высокой проходимости. Дорожные автомобили используются для поездок по обычной автомобильной дороге. Внедорожные автомобили используются только на специальных дорогах (карьерах). Эти автомобили имеют большие габариты и осевые нагрузки. Высокопроходимые автомобили используются по бездорожью и в трудных дорожных условиях. Такие автомобили с высокой проходимостью бывают колесные и также гусеничные, колесно-гусеничные, полугусеничные, пневмокатки, «амфибии» – с водонепроницаемым кузовом и гребным винтом, автомобили на воздушной подушке, движущиеся тяговым воздушным винтом или струей воздуха от компрессора, автомобили, шагающие с помощью специальных лыж. Для улучшения проходимости обычных дорожных автомобилей на их колеса устанавливают арочные шины с высокими грунтозацепами.

По типу двигателя автомобили различаются на: паровые (старинные); бензиновые – двигатель внутреннего сгорания на бензине, такой двигатель имеют в основном все легковые и грузовые автомобили; дизельные – двигатель внутреннего сгорания на дизельном топливе – большегрузные автомобили; газобаллонные автомобили – двигатели внутреннего сгорания на сжиженных горючих газах; газогенераторные – двигатель внутреннего сгорания на газе; электрические – двигатель аккумуляторный, это небольшие грузовые автомобили для недалеких расстояний. Трансмиссия – силовая передача, передающая движение от двигателя к колесам или гусеницам, бывает механической, гидромеханической, электромеханической. Ходовая часть – это рама, подвеска, оси, колеса. На раме установлены кузов, кабина, двигатель, коробки передач и другие механизмы. У легковых автомобилей кузов – рама. Колеса в основном дисковые с шиной. Управление автомобиля – это рулевая и тормозная система. Рулевое управление изменяет направление движения. Тормозная система замедляет и останавливает движение. Электрооборудование – это источник тока – аккумулятор и генератор – и группы систем, использующие это электричество, – системы зажигания, освещения, сигнализации, пуска двигателя. Основные характеристики конструкции любого автомобиля – грузоподъемность, масса, вместимость, материалоемкость, динамичность, скорость, устойчивость движения, расход топлива, проходимость, эффективность управления.

Легковые автомобили

Для перевозки пассажиров до 8 человек, имеют классификацию по рабочему объему двигателя. Имеют различные габариты и массу. Двигатель может располагаться в передней или задней части автомобиля. Кузов – несущий, цельнометаллический, закрытый или открытый, с двумя или тремя рядами сидений. Бывают двухдверные, четырехдверные автомобили. Двигатель – карбюраторный, внутреннего сгорания. Некоторые легковые автомобили оборудованы устройствами для буксирования легких прицепов. Современные легковые автомобили оснащены подушками безопасности водителя и пассажиров.

Грузовые автомобили

Для перевозки различных грузов. Основные их характеристики – грузоподъемность, тип кузова, масса, конструкция. По грузоподъемности различают классы: особо малая – до 1 т, малая – до 2 т, средняя – до 5 т, большая – более 5 т, особо большая – внедоржник – до 100 т. У автомобилей общего назначения основной тип кузова – грузовая платформа с открывающимися бортами. Специализированные автомобили – самосвалы, фургоны и другие используются для перевозки однородных грузов – лесовозы, бензовозы, контейнеровозы. Некоторые грузовые автомобили оборудованы специальными устройствами, улучшающими перегрузочные работы. Конструкция автомобиля зависит от компоновочной схемы, двигателя, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления. Двигатели в основном внутреннего сгорания.

Специализированные грузовые автомобили

Автомобиль-вышка имеет телескопическое устройство – подъемник с приводом от двигателя автомобиля для подъема людей и инструментов, высота подъема рабочей площадки до 23 м. Управление работой подъемника осуществляется из кабины автомобиля и с самой рабочей площадки-люльки. Такое устройство используется для ремонта или монтажа линий электросвязи, контактной сети городского транспорта, строительно-отделочных работ.

Автомобильный кран – имеет на автомобильном шасси поворотную консольную стрелу, используется для перегрузочных работ в строительстве и монтаже. Разгружает подвижной состав автотранспорта, тяжелые грузы, для перегрузки навалочных грузов снабжен грейферным захватом. Привод крана от двигателя автомобиля. Грузоподъемность более 16 т, вылет стрелы до 12 м, высота подъема более 18 м. Для устойчивости во время работы устанавливаются дополнительные опоры.

Дальнейшее развитие автомобилестроения направлено на усовершенствование конструкции автомобилей, увеличение автоматизации управления и работы всех систем, повышения надежности, скорости, грузоподъемности, использование новых материалов и различных типов двигателей. С конца XIX в. проводятся автомобильные гонки – соревнования, стимулирующие совершенствование конструкции.

«Амфибия»

Самоходное транспортное средство, передвигающееся по воде и по суше. Имеет металлический герметичный кузов лодочного типа. Способно развивать скорость более 20 км/ч. Используется для перевозки людей и грузов, спасательных работ, в военно-морском флоте для высадки десанта (во время Второй мировой войны). Современные «амфибии» – это боевые машины – плавающие танки, бронетранспортеры. Их плавучесть обеспечивается водоизмещением, двигатели – гребные винты или водометы. Такие машины сделаны на базе шасси автомобиля или танка.

Аэробот (аэросани)

Аэросани – транспортное средство, способное передвигаться по снегу и льду, используя тягу воздушного винта. Кузов цельнометаллический, установленный на лыжах. Двигатель с воздушным винтом расположен в кормовой части.

Первые модели были построены в 1908 г. в России в Москве на фабрике «Дукс» конструктором А. С. Кузиным, разработавшим несколько типов.

В 1915—1916 гг. на автомобильном заводе Всероссийского земского союза была сделана небольшая серия таких саней, и они применялись в годы Первой мировой войны на фронтах. В 1919 г. была создана Комиссия по организации постройки аэросаней – КОМПАС. В эту комиссию входили известные ученые и конструкторы, и в 1919—1932 гг. они конструировали и разрабатывали различные типы. Модель АНТ – конструктор А. Н. Туполев; модель АБРЕС – конструкторы А. А. Архангельский, Б. С. Стечкин; модель НРБ – конструктор Н. Р. Бриллинг; модель БЕКА – конструкторы Н. Р. Бриллинг и А. С. Кузин. Модели проверялись в испытательных пробегах и наиболее удачные использовались до 1950 г. и в армии, и в народном хозяйстве.

Самая распространенная модель выпускалась серийно – АНТ-IV. В начале 1940-х гг. на глиссерном заводе в Москве конструктор Н. М. Андрев сконструировал боевые аэросани НКЛ-16, НКЛ-26, которые находились на вооружении армии. В 1950-х гг. начался выпуск моделей «Север-2» и КА-30, конструкторы Н. И. Камов, А. Н. Туполев. Такие аэросани используют в труднодоступных районах Севера и Сибири, в скандинавских странах, Аляске, Канаде. Они перевозят почту, грузы, людей. Их используют также для связи и несения патрульной службы. Модификация конструкций различается по числу лыж, на которые установлен цельнометаллический кузов. У некоторых моделей три лыжи, у некоторых – четыре. У некоторых вместо кузова на лыжах используется лодка-лыжа. Такая конструкция используется для движения не только по снегу, но и по воде, заболоченным водоемам. Руль, управляющий движением, находится в кормовой части. Грузоподъемность конструкций различна и доходит до 600 кг, мощность двигателя 190 кВт, скорость по снегу 100 км/ч, по воде – 80 км/ч. Дальность хода до 500 км. Применение таких транспортных средств в условиях северного бездорожья очень перспективно.

Бункер-поезд

Бункер-поезд – погрузочно-транспортный агрегат для погрузки, разгрузки и перемещения горной массы. В состав бункера-поезда входят узкоколейные секции с высокими бортами, соединенные шарнирно друг с другом. Эти секции имеют вид сплошного бункера-желоба, по его дну проходит конвейер, пластинчатый или скребковый. Конвейер распределяет по всей длине бункера-поезда горную массу. Емкость бункера-поезда 20—40 м3. Такие устройства появились в шахтах и карьерах в середине ХХ в. Их применение позволило устранить трудоемкие работы по перегрузке и разгрузке горной массы, загрузке вагонеток, что является очень эффективным. Такие бункеры-поезда используют для транспортировки полезных ископаемых или подсобных материалов, при проходке подземных горных выработок. Они различаются по своей конструкции. Есть бункеры-поезда конвейерные, со скреперным заполнением и разгрузкой; существуют также вибрационные секции, или секции с откидными днищами. Некоторые самоходные бункеры-поезда имеют специальные рабочие устройства для погрузки и разгрузки горной массы, или для движения поезда используются специальные различные локомотивы.

Восстановительный поезд

Восстановительный поезд – железнодорожный поезд, предназначается для восстановления железнодорожного пути, контактной электросети железной дороги, при стихийных бедствиях, при столкновении подвижных составов, для ликвидации последствий сходов составов и также для оказания пострадавшим первой медицинской помощи. Восстановительные поезда находятся в распоряжении локомотивных депо. Различие заключается в их мощности и оснащении. Существуют две группы восстановительных поездов. Восстановительные поезда первой группы имеют в своем оснащении подъемные краны. Их грузоподъемность более 60 т. Поезда второй группы имеют подъемные краны грузоподъемностью до 50 т. В составе восстановительного поезда находятся вагоны-гаражи, вагон-электростанция, вагон-пожарная установка, вагон-кладовая, в которой содержатся все необходимые в данной ситуации инструменты и материалы, санитарный вагон, пассажирский вагон, вагон-блок питания, платформы с рельсами и шпалами, тракторы, бульдозеры, автомашины, многотонные домкраты, тягачи с лебедками.

Восстановительный поезд имеет в своем оснащении подъемные и транспортные приспособления, противопожарные средства, сварочные устройства и приборы. Вагоны и платформы изготовлены из прочных сталей или сплавов. Вагоны имеют наибольшую грузоподъемность. Общие элементы, как у всех типов вагонов – ходовые части – колесные пары, тяговые приборы, тормозные устройства, обеспечивающие надежную работу поезда.

Восстановительный поезд находится в депо в постоянной круглосуточной готовности. К месту назначения он движется с момента вызова. Использование таких восстановительных поездов эффективно для обеспечения работы железной дороги.

Грузовой поезд

Грузовой поезд – поезд, состоящий из грузовых железнодорожных вагонов. Грузовой вагон имеет основные элементы: кузов, ходовую часть, тяговые приборы, тормоза. Ходовые части – это колесные пары, буксы рессорного подвешивания, объединяющие рамы и балки. С помощью ходовой части вагон движется по рельсам. Она обеспечивает безопасность движения, при данной скорости плавный ход, меньше сопротивление. Основание кузова – рама ходовой части, к ней прикреплены тормозные устройства. Для сцепления вагонов используется автосцепка. Тормоза используются для регулирования скорости движения и остановки поезда. Грузовые поезда оборудованы автоматическими и частично ручными тормозами. Основные характеристики грузового поезда: грузоподъемность вагона, коэффициент тары, объем кузова вагонов, удельная площадь – отношение площадей – полезной и пола. Тяжеловесные поезда имеют грузоподъемность 6000—10 000 т, достигают скорости до 120 км/ч. В их конструкции использованы высокопрочные стали и сплавы. Первые грузовые поезда с паровой тягой появились в Великобритании в 1825 г. В России в 1837 г. на Царскосельской железной дороге. Грузовые вагоны строились на Александровском заводе. Это были крытые платформы с центральной сцепкой, грузоподъемностью 8 т; в 1862 г. построили вагоны для перевозки продуктов; в 1872 г. – цистерны. В 1905 г. в России грузоподъемность была до 15 т. В конце XIX в. была усовершенствована конструкция кузова. С 1931 г. грузоподъемность достигала 20—60 т. Кузова вагонов делались с каркасом из металла. Известные в то время конструкторы тормозных устройств: Г. Казанцев, А. Матросов. В России до 70% грузооборота приходится на грузовые железнодорожные поезда. Современные грузовые вагоны различаются по своей конструкции, что зависит от характера перевозимых грузов. Есть вагоны универсальные, цистерные, специальные вагоны для перевозки продуктов и грузов, требующих защиты от погодных условий. Есть вагоны, перевозящие шлак, чугун, цемент, битум, спирты. Дальнейшее развитие грузоперевозок направлено на строительство вагонов большой грузоподъемности, снижение количества металла на изготовление, совершенствование тормозных устройств, ходовых частей, увеличение скорости и механизация погрузочных и разгрузочных работ.

Грузопассажирский поезд

Грузопассажирский поезд – железнодорожный состав, в который одновременно включены как пассажирские, так и грузовые вагоны, но для перевозки определенных грузов – почты, багажа, контейнеров и др. Как правило, грузовые вагоны составляют 1/3 состава. Как раз в составе самого первого поезда, пущенного в 1825 г. в Великобритании, и находилось 12 грузовых вагонов и 21 пассажирский вагон.

Современные грузопассажирские поезда имеют широкое распространение. И грузовые, и пассажирские вагоны имеют общие основные элементы: ходовые части, на которые установлен цельнометаллический кузов, тяговые приборы. Тормозные устройства автоматические и ручные. Грузовые вагоны цельнометаллические, изготовленные из прочных сталей или сплавов. Кузова пассажирских вагонов также цельнометаллические, но имеют места и условия для перевозки пассажиров. Но скорость такого грузопассажирского поезда ниже, чем у скоростных пассажирских. Такой поезд дольше задерживается на станциях для осуществления погрузочно-разгрузочных работ.

Дирижабль

Дирижабль – управляемое летательное транспортное средство (аэростат). Корпус дирижабля удлиненной формы, в носовой части тупой и к корме заостренный для лучшей обтекаемости. Корпус заполнен газом – водородом или гелием; стабилизаторы и кили неподвижны и расположены горизонтально и вертикально; рули высоты – подвижные, горизонтальные; рули управления – вертикальные; гондола, в которой размещаются экипаж, пассажиры, грузы, двигатели и оборудование. Характеристики дирижабля – объем и скорость. Скорость, как правило, небольшая – до 135 км/ч.

Первый аэростат был построен в 1783 г. во Франции, его назвали воздушным шаром, он был наполнен теплым воздухом. Французский ученый Ж. Шарль предложил наполнять шары водородом, превышающим подъемную силу теплого воздуха этого же объема. Полет шара проходил на высоте 3400 м, длился 2,5 ч и имел научные цели. В России первый полет на воздушном шаре был в 1803 г. в июле в Петербурге и в сентябре в Москве. Аэростаты стали использовать для научных исследований и военных целей, наблюдения физических явлений. Первый полет с исследовательскими целями в России в 1804 г. в июне длился около 3,5 ч на высоте 2500 м. В середине XIX в. использовали аэростаты с военными целями в Италии в 1849 г., в США в 1861—1865 гг., во Франции в 1871 г. В конце XIX в. появились управляемые аэростаты с воздушными винтами: во Франции в 1852 г., 1874 г., в 1880 г. в России был организован воздухоплавательный отдел Русского технического общества, и в 1885 г. в Петербурге – кадровая команда. Ученые, принимавшие участие в разработке конструкции аэростатов: Д. И. Менделеев, М. А. Рыкачев. В 1899 г. во Франции был совершен полет дирижабля со скоростью около 20 км/ч. В 1900 г. в Германии состоялся полет дирижабля жесткой системы Ф. Цеппелина, эта конструкция стала основной для дирижаблей, которые строились в начале ХХ в. в Англии, Германии, США. Широкое применение дирижабли нашли во время Первой мировой войны. Они использовались для наблюдения, разведки, охраны берегов, при сопровождении судов в море. В России в 1920-е гг. стали формироваться воздухоплавательные отряды и строиться дирижабли. В 1926 г. на полужестком дирижабле «Норвегия» Р. Амудсен совершил беспосадочный перелет через северный полюс на Аляску. В 1929 г. дирижабль «Граф Цеппелин» совершил кругосветный перелет за 21 день, со средней скоростью 177 км/ч. В 1930-е гг. дирижабли применялись для перевозки пассажиров из Европы в США, с научными целями и спортивными целями – на дальность и высоту полета. Во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. дирижабли и аэростаты использовались для разведки, корректировки огня орудий, отыскания минных полей в море, сопровождения судов. Но с 1960-х гг. эксплуатация дирижаблей прекратилась. Но в конце ХХ в. химическая промышленность стала выпускать новые пластические материалы для оболочек аэростата – они легки, прочны и устойчивы к температурам, позволяют подняться дирижаблю на высоту более 40 км. Создание радиотехнических, электронных приборов позволяет выпускать беспилотные аэростаты для научных исследований в стратосфере. Дирижабли различают мягкой, полужесткой и жесткой систем с объемами: мягкой – до 7 тыс. м3; полужесткой – до 35 тыс. м3, жесткой – до 200 тыс. м3. У мягкой и полужесткой систем – матерчатый корпус-оболочка для газа. У жесткой системы металлический каркас, в котором размещается газ в мешках из газонепроницаемой материи.

Современные аэростаты используют для научных целей и как стартовые площадки для запуска метеорологических ракет.

Катер

Катер – самоходное небольшое судно водоизмещением от нескольких десятков до 150 т со скоростью хода 5,5—130 км/ч. Примерные размеры длины до 40 м, ширины до 7 м. Такие суда используются для перевозки людей, в военно-морском флоте, как вспомогательные плавучие средства – научные, водолазные, санитарные, спасательные, разъездные, буксирные. Современные катера имеют различия по конструкции, по принципу движения, по виду двигателей. По конструкции подводной части корпуса катера бывают плоскодонные или с уступом – реданом. Принцип движения: глиссирующий, водоизмещающий, на воздушной подушке. Двигатели используются паровые, моторные, газотурбинные: гребные винты, воздушные винты, водометы. Особенно широкое применение катера имеют в военно-морском флоте, как боевые, базовые или вспомогательные. Современные боевые катера различаются по назначению и вооружению: артиллерийские, ракетные, противолодочные, торпедные, сторожевые, десантные. Вооружение: ракеты, артиллерия, торпеды. Спасательные катера находятся на вооружении больших боевых кораблей или торговых судов. Катера используют для перевозки людей, буксировки несамоходных судов, транспортировки небольшого груза, для рыбного промысла и научных исследований; охранной службы на границах. Применяются катера и как моторные спортивные суда, используются как гоночные, туристские.

Канатная дорога

Канатная дорога – транспортное устройство, предназначенное для перемещения грузов и пассажиров, в котором применяется канат, натянутый между опорами, и перемещающий вагоны или вагонетки. Канатные дороги имеют распространение в труднодоступных, горных местностях, на разработках полезных ископаемых, в городах с перегруженным наземным транспортом. Современные канатные дороги различаются по назначению и по устройству. По назначению дороги бывают: грузовые, пассажирские, комбинированные. По устройству: двухканатные, одноканатные, кольцевые или маятниковые.

Грузовые канатные дороги, как правило, бывают двухканатные кольцевые. Такая канатная дорога образована последовательно соединительными самостоятельными секциями до 12 км и поэтому общая длина таких дорог не ограничена и может составлять до 200 км. В устройстве такой дороги вагонетка движется по неподвижному несущему канату при помощи тягового каната со скоростью до 3,3 м/с. Грузоподъемность кольцевой грузовой канатной дороги составляет 500 т, и иногда до 1000 т. Если длина трассы грузовой дороги невелика (до км), то применяется двухканатное маятниковое устройство, имеющее одну или две вагонетки грузоподъемностью до 150 т и скоростью движения 10 м/с. Принцип работы одноканатной дороги основан на движении вагонетки вместе с канатом со скоростью 2,5 м/с. Движение вагонеток, как правило, кольцевое.

Пассажирские канатные дороги в основном бывают двухканатные: маятниковые или кольцевые.

Маятниковое движение совершают один или два вагона вместимостью около 10—100 пассажиров. Кольцевое движение совершают вагоны, вместимостью пассажира. Подъем пассажирской дороги на высоте до 3 км. Вагоны движутся со скоростью до 11 м/с. Длина пассажирской канатной дороги доходит до 12 км. Для безопасности движения применяется дублирующий тяговый канат и тормозной канат. В курортных горных районах есть одноканатные кольцевые дороги, в которых вместо вагонов используются кресла на двух пассажиров, а также одноканатные буксировочные дороги, в которых пассажир горнолыжник стоит на лыжах и опирается на укрепленные на тяговом канате подвески. Комбинированные канатные дороги для перевозки одноместных грузов и пассажиров используются для обслуживания лесозаготовок и разработок полезных ископаемых. Канатные дороги, обслуживающие горные курорты, построены в Швейцарии, Италии, Австрии, Франции, Японии, в России на Кавказе, на Сахалине. Они перевозят до 1000 пассажиров в час.

Ледокол

Ледокол – судно, разрушающее ледяной покров на воде, используется для плавания во льдах, для прокладывания другим судам пути и оказания им помощи при навигации в замерзших бассейнах рек и морей. Основные ледовые качества ледокола – его характеристики – ледоходкость, маневренность, особенность конструкции. Ледоходкость – это способность двигаться в ледовых условиях с определенной скоростью хода. Конструкция ледокола определена его назначением и условиями использования. Необходимость применения ледоколов связана с потребностью плавания в северных морях. Первый ледокол современного типа был построен в России в 1894 г. Это пароход «Пойлот», мощностью 44,2 кВт. Он плавал в ледовых условиях под Петербургом. Носовая часть этого судна имела наклон, что позволяло ему «вползать» на лед. В 1899 г. в России был построен первый морской ледокол «Ермак» мощностью 6,6 МВт. Стали строиться ледоколы и в других странах: США, Финляндии, Германии, Канаде, Швеции, Дании. Русские ледоколы «Красин», «Седов», «Литке» участвовали в освоении Арктики. Современные ледоколы имеют различные мощности и водоизмещение, что зависит от их назначения, самые мощные – арктические морские ледоколы.

По условиям применения ледоколы различаются на морские (полярные), речные, озерные, портовые. Морские полярные ледоколы, проводящие суда среди полярных льдов на большие расстояния, называются линейными или лидерами.

Принцип действия разрушения льда основан на особой конструкции корпуса ледокола. Носовая часть ледокола имеет клиноподобные образования и подводный наклон под углом 20—30° к ватерлинии, это позволяет ледоколу «вползать» на лед. Форма кормы учитывает при движении задним ходом защиту гребных винтов и руля. Борта также имеют наклон, способствующий разрушению льда. Отношение длины к ширине корпуса 3,5 : 5 делает судно маневренным в любых условиях. Ледокол «вползает» носовой частью на лед, разрушает его вертикальным усилием – силой тяжести, преодолевает сопротивление разрушенного льда, расширяет образовавшийся канал, «притаптывая» лед бортами. Эта цикличность движения практически незаметна, и продвижение ледокола во льдах прямолинейное. В случае, когда ледяной покров не поддается разрушению при непрерывном продвижении, ледокол разрушает его отдельными набегами, отходит назад и на большой скорости «вползает» на лед носовой частью, разрушает лед и снова отходит назад. Если все-таки ледокол застревает во льдах, то используют кренование – наклонение корпуса, для этого перекачивают воду попеременно между цистернами, специально предназначенными для этого, осуществляют откачку балластной воды, что дает ледоколу всплыть, речные ледоколы имеют вибрационное устройство, обеспечивающее колебательное движение корпуса, для большей эффективности. Так как ледокол изо льда освобождает себя сам.

В трудных ледовых условиях караван судов проводит несколько ледоколов, ледокол ведет проводимое судно на буксире вплотную за кормой. Корпус ледокола имеет большую прочность, чем у всех других судов, на переменной ватерлинии обшивка утолщена – это ледовой пояс. Судно также имеет высокую непотопляемость. Современные ледоколы оснащены машинными установками с электропередачей и нагребными винтами; двигатели – дизели и паровые или газовые турбины. В России был построен первый в мире атомный ледокол с неограниченной автономностью плавания. Энергетическая установка рассчитывается на смену режимов работы, частые остановки и имеет большую экономичность, позволяющую плавать без запасов топлива. Ледоколы имеют 2 или 3 гребных винта усиленной прочности, расположенных в кормовой части и нередко в носовой для повышения их ледопроходности. Дальнейшее развитие использования ледоколов эффективно и направлено на совершенствование их конструкции, улучшения ледоходкости, маневренности. Кроме ледоколов, существуют также ледокольно-транспортные суда, способные самостоятельно плавать в северных условиях.

Лифт

Лифт – транспортное средство для перемещения грузов и людей в вертикальном направлении. Это стационарный подъемник – кабина или платформа, движущаяся по направляющим, находящимся в шахте. Движение вертикальное прерывного действия. Основные характеристики лифтов – грузоподъемность, скорость, высота подъема. Основные требования – надежность, безопасность, плавность движения и торможения, точность остановки кабины. Основной подъемный механизм лифта – лебедка, она установлена в верхней или нижней части здания. Кабина размещена в шахте, проходящей через все здание. На стенах шахты укреплены направляющие тросы, по ним перемещаются роликовые башмаки, которые при движении кабины фиксируют ее вертикальное положение. Кабина и противовес подвешены для безопасности не менее чем на двух параллельно работающих канатах. Пружинные или балансирные подвески делают натяжение канатов равномерным. Устройства – клиновые ловители кабины – обеспечивают безопасную эксплуатацию лифта. Также ограничители скорости останавливают кабину, если скорость на 15% выше установленной. Ловители связаны с ограничителем скорости, тормозящим шкивом с канатом при ее повышении. При включении клинья поднимаются вверх, прижимаются к направляющим, при продолжающемся спуске кабины клинья его самозатягиваются, и это останавливает кабину. Основной тип привода лифтов – электрический на переменном токе. Двухскоростной электродвигатель с короткозамкнутым ротором обеспечивает точную установку кабины. В конструкциях со скоростью более 1 м/с применяют системы электропривода на постоянном или переменном токе, имеющие возможность регулирования скорости, в грузовых лифтах с монорельсом используют сервопривод. Лифт оборудован средствами автоматической защиты и блокировки, электрическими и механическими устройствами, обеспечивающими его безопасную работу. Управление электроприводом лифта осуществляется пускорегулирующей аппаратурой; управление бывает из кабины – внутренним, и с посадочной площадки – наружным или смешанным. Используют собирательное управление – оно регистрирует вызовы с этажей и команды из кабины и выполняет их последовательно при движении кабины вверх и вниз: осуществляет ее пуск, разгон, замедление и остановку, направление движения. Первые прототипы лифта появились в I в. до н. э. в Древнем Риме, в VI в. в Египте, в XIII в. во Франции, в XVII в. в Англии, в XVIII в. в России, в Царском Селе, в 1793 г. в Зимнем дворце в Петербурге. С развитием многоэтажного строительства в городах в середине XIX в. появились лифты с паровым, гидравлическим и электрическим приводом. В 1852 г. в США, в 1880 г. в Германии был построен первый лифт с электрическим приводом и реечным механизмом подъема. В начале ХХ в. распространились лифты с электроприводом и канатной тягой. Современные лифты различаются по назначению и скорости. Грузовые – общего назначения и специальные – и пассажирские – обычные или скоростные. Скорость движения может быть до 7 м/с и грузоподъемность достигать 3200 кг. Как правило, пассажирские лифты вмещают до 10 человек, но есть лифты вместимостью более 200 человек. И высота подъема различна – от нескольких метров до нескольких десятков метров. В зависимости от назначения, высоты подъема, расположения лебедок, конструкции зданий лифты имеют разные кинематические схемы. В высотных зданиях используются одновременно скоростной и обычный лифты. Скоростной доставляет пассажиров на определенный этаж, и с него на другие этажи – обычный лифт. Лифты оборудованы автоматическими дверями, световой сигнализацией, двухсторонней связью кабины с диспетчерским пультом. Здания с большим перемещением пассажиров оборудованы системами управления, организующими совместную работу нескольких лифтов и их высокую производительность. Типовые лифты – и грузовые, и пассажирские – обслуживают заводы, доменные печи, нефтепереработки. Дальнейшее использование лифтов эффективно при увеличении этажности зданий и направлено на улучшение конструкции и разработку серий унифицированных лифтов.

Локомотив

Локомотив – транспортное средство для перемещения вагонов или поездов по рельсовому пути, относится к подвижному составу. Основные характеристики локомотива: мощность, сила тяги, скорость, КПД. Локомотив – это общее название железнодорожного тягового средства. По виду источника энергии различают тепловые и электрические локомотивы. Тепловые локомотивы – это паровозы, турбовозы, тепловозы, газотурбовозы. Эти локомотивы снабжены собственными силовыми установками для выработки энергии. У паровоза – это паровая машина. У турбовоза – паровая турбина. У тепловоза двигатель внутреннего сгорания. У газотурбовоза – газовая турбина.

Электрические локомотивы – это электровозы. В зависимости от источника энергии различаются на контактные и аккумуляторные. Контактные электровозы своего источника энергии не имеют и получают энергию от контактной сети. Аккумуляторные электровозы снабжены аккумуляторной батареей, заряжающейся от источника тока, локомотив не имеет пассажирских мест.

Первый локомотив-паровоз появился в Великобритании в 1803 г., в России в 1834 г. В течение XX в. локомотивами были только паровозы. Но в XX в. с увеличением скорости движения, грузоподъемности поездов появилась необходимость повысить мощность тяги локомотива. Первый тепловоз в России был построен в 1924 г., первый электровоз в США в 1895 г., в России в 1926, 1933 гг. Современные локомотивы различаются по роду работы: магистральные и промышленные. Промышленные локомотивы передвигают составы с грузами полезных ископаемых. Магистральные локомотивы разделяются на пассажирские и грузовые, передвигающие поезда, и маневровые, работающие на железнодорожных станциях. Электровозы обладают высокой мощностью и скоростью движения. Еще более мощные газотурбовозы, но их производство сложно, и они имеют низкий КПД. Поэтому локомотивный парк состоит в основном из тепловозов и электровозов. Другие типы локомотивов с малой мощностью, низким КПД не имеют широкого распространения и применяются на небольших участках в определенных случаях. Современный локомотив – это высокоэффективное тяговое средство. Дальнейшее развитие его использования направлено на увеличение мощности и скорости движения. Современный электровоз имеет мощность более 8000 кВт, турбовоз имеет скорость более 200 км/ч. Создание локомотива на магнитной или воздушной подушке увеличивает скорость до 500 км/ч. Перспективные локомотивы – с энергетической установкой ядерного реактора.

Микроавтобус

Микроавтобус – транспортное средство для перевозки небольшого числа пассажиров – от 9 до 15 человек. Его габаритная длина 5—7,5 м. Конструкция в основном схожа с конструкцией большого автобуса. К кузову вагонного типа прикреплены: двигатель, коробка передач, передние и задние оси, дверь, как правило, одна, узкий центральный проход. Ведущими являются и задние, и передние колеса. Привод рабочего тормоза к тормозным механизмам колес передней и задней осей гидравлический на особо малых автобусах, а на малых – гидравлический с вакуумным усилителем или пневматический. Малые автобусы обладают хорошей маневренностью. Используются как городское такси, а также для обслуживания пригородных (дачных) маршрутов, для местного сообщения в сельской местности, для чего имеет повышенную проходимость. Особо малые и малые автобусы используются для транспортировки небольших грузов в различных областях производства. Их грузоподъемность, как правило, до 1 т. Их кузов – это фургон, общий с кабиной, но отделенный от нее перегородкой.

Внутреннее оборудование приспособлено для грузов определенного вида – лотки, контейнеры. Для перегрузки используется задняя или боковая дверь. Такие малые автобусы экономичны и эффективны в эксплуатации.

Милицейский автомобиль

Милицейский автомобиль – транспортное средство на базе легкового автомобиля. Используется для поездки к месту происшествия боевого расчета, для патрульно-постовой службы, доставки задержанного в отделение. Милицейские автомобили находятся в распоряжении районных отделов внутренних дел. Автомобиль оборудован постоянно действующей радиосвязью с центральной милицейской диспетчерской службой. Имеет внешние отличительные признаки для выделения его в транспортном потоке для беспрепятственного продвижения к месту происшествия. Автомобиль окрашен в бело-голубые цвета, оборудован мигающими маяками и звуковыми сигналами.

Мотоцикл

Мотоцикл – колесное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания с рабочим объемом от 48—1200 см3 и более. Устройство мотоцикла включает несколько групп механизмов – двигатель, силовая передача, экипажная часть, электрооборудование. Двигатель – карбюраторный; охлаждение – воздушное или водяное. Силовая передача – это коробка передач; передняя и задняя передачи, сцепление – дисковая муфта. Коробка передач – шестеренчатая. Передняя передача – от двигателя к коробке – цепная, задняя передача – от коробки к заднему колесу – или также цепная, или карданный вал. Электрооборудование – это источники питания, генераторы постоянного или переменного тока, аккумуляторные батареи. И также приборы зажигания, освещения – фары, сигнализации, торможения. Самые первые мотоциклы появились в Европе в XIX в. В России в 1924—1932 гг. строились и испытывались первые мотоциклы в Москве, Ленинграде, Ижевске. Современные мотоциклы различаются по своему назначению: дорожные, спортивные, специальные. Дорожные мотоциклы – это универсальное транспортное средство, отличающееся маневренностью и простотой обслуживания и управления.

Спортивный мотоцикл – для занятий мотоциклетным спортом. Сконструирован на основе дорожного, но с более мощным двигателем, прочной рамой и одинарным седлом. Также спортивные мотоциклы используются для испытания новых конструкторских изобретений.

Специальные мотоциклы – это патрульные, военные, торговые.

Основные характеристики любого мотоцикла – это рабочий объем двигателя, мощность, максимальная скорость, масса. У спортивных эти показатели выше, чем у дорожных. Масса колеблется от 70 до 350 кг, скорость – от 60 до 250 км/ч и более. Диаметры цилиндров тоже различны – от 52 до 75 мм.

Объемы двигателей от 48—1200 см3. В России основные заводы, выпускающие мотоциклы, находятся в Ижевске, Коврове, Ирбите. Рабочий объем двигателя мотоциклов, производимых в Коврове – 175 см3, в Ижевске – 350 см3, в Ирбите – 650 см3. Также мотоциклы различных классов производят во многих странах: Франции («Мотобекан»), Германии (BMW, «Мюнх»), Чехии (JAVA), Японии («Хонда»). Дальнейшее развитие производства мотоциклов направлено на усовершенствование его конструкции, так как он является эффективным и экономичным транспортным средством.

Разновидность мотоцикла – мотороллер. Он имеет более комфортные условия для водителя. Двигатель мотоциклетный, расположен под сиденьем и закрыт кожухами, колеса меньше, чем у мотоцикла, передний щит внизу переходит в подножки. Но он менее чем мотоцикл устойчив при езде по неровной дороге, это его ограничение. Максимальная скорость до 100 км/ч. Производство мотороллеров началось и в России, и за рубежом примерно в 1940—1950-е гг., но в начале 1970-х гг. выпуск их был прекращен в зарубежных странах. На базе и мотороллера, и мотоцикла выпускают трехколесные транспортные средства для транспортировки грузов до 150 кг.

Паровоз

Паровоз – первый локомотив; его двигатель – паровая машина. В конструкции паровоза основными элементами являются паровая машина и паровой котел, экипажная часть. К паровозу прицепляется тендер, в котором размещены запасы топлива, воды и смазки. Топливом для такого паровоза являются каменный уголь, торф, дрова, мазут, горючие сланцы. Иногда запасы топлива и воды могут находиться в самом паровозе – это танк-паровоз. Принцип работы двигателя основан на теплоотдаче. При сгорании топлива в топке тепло передается через стенки топки и жаровых труб воде в котле, которая превращается в пар. Паровая машина преобразует тепловую энергию в механическую энергию, которая приводит в движение поршни в паровых цилиндрах, это движение передается колесам, и они движутся. Чтобы повысить экономичность, используются специальные установки, где пар перегревается и его температура повышается значительно. Экипажная часть – это рама, колесные пары с буксами, рессорное подвешивание, тележки – бегунковые и поддерживающие, также с колесными парами, и аппараты сцепления. Самые первые паровозы были построены в Великобритании в 1803 г., изобретатель Р. Тревитик; в 1814 г. – изобретатель Дж. Стефенсон. Паровоз Дж. Стефенсона назывался «Ракета».

В России первый паровоз был построен и пущен в 1833 г. на железной дороге Петербург – Москва, конструкторы Е. А. и М. Е. Черепановы. Использование паровозной тяги распространилось на железных дорогах многих стран в конце XIX – начале ХХ вв. Около 100 лет они служили для ведения поездов. Но в 1950-х гг. паровозы постепенно стали заменяться тепловозами и электровозами, которые оказались более экономичными. С 1956 г. производственный выпуск паровозов был прекращен, хотя они еще продолжали эксплуатироваться.

В отличие от паровоза двигателем тепловоза является двигатель внутреннего сгорания – дизель. Он установлен в машинном отделении и преобразует тепловую энергию топлива при его сжигании в механическую энергию, и она передается через гидромеханическую или электрическую силовую передачу движению колесных пар. Тепловоз оказался более экономичным локомотивом, чем паровоз. Самые первые тепловозы в России появились в 1920-х гг. Широкое распространение получили тепловозы с электрической передачей. В их устройстве коленчатый вал вращает электрогенератор, который вырабатывает ток, питающий тяговые двигатели, они передают вращение колесным парам через зубчатую передачу. Экипажная часть тепловоза – рама, тележки с колесными парами, буксами, рессорное подвешивание. На раме находится кузов тепловоза, в котором расположена кабина, из кабины машинист управляет движением при помощи устройства – контроллера. Изменение режимов работы тяговых двигателей идет автоматически. Между кабиной и машинным отделением расположена аппаратная камера с размещенными устройствами и приборами переключений в силовой цепи. В машинном отделении расположены: двигатель, генератор, компрессор, аккумуляторная батарея. Тепловозы могут развивать скорость более 160 км/ч, их КПД – более 30%.

Пароход

Пароход – самоходное судно, движение которого осуществляется при помощи паровой машины. Строительство пароходов стало возможным только в начале XIX в., когда появилось промышленное производство паровых машин. Первый пароход построил Р. Фултон в 1807 г. в США. Это был речной пароход, он курсировал от Нью-Йорка до Олбани, его скорость была 5 узлов – 9 км/ч. В России первый пароход «Елизавета» появился в 1815 г., мощность его двигателя составляла 2,8 кВт. Он курсировал из Петербурга в Кронштадт и обратно. Первый пароход, пересекший Атлантический океан в 1819 г., был построен в США и назывался «Саванна». Кроме паровой машины он имел бортовые гребные колеса и паруса и значительную часть пути шел под парусами. Первый пароход, что пересек Атлантику без помощи парусов, был английский «Сириус». Свой океанский рейс он совершил в 1838 г. Но еще долго в XIX в. паруса применялись как дополнительное средство движения на пароходах. В 1940-е гг. пароходы стали оборудовать гребными винтами – устройством, состоящим из гребного вала и насаженной на него ступицы с лопастями, расположенными на одинаковых угловых расстояниях одна лопасть от другой и под углом к оси вала. Использование гребных винтов улучшило мореходность пароходов. К концу XIX в. гребные пароходы пришли на смену парусным.

Современные пароходы точнее будет называть «турбоходы», так как они вместо паровой машины оборудованы паровой турбиной. Но самый первый турбоход был построен в Великобритании в 1894 г. Мощность – 1,47 МВт, водоизмещение судна – 44 т. Двигался он со скоростью 34 узла – 62 км/ч. Паровые турбины стали использовать и на пассажирских судах с 1901 г., и на военных с 1899 г. Сейчас самые мощные из судовых двигателей – это как раз паротурбинные установки. С 1976 г. они установлены на океанических танкерах, сухогрузах, контейнеровозах и также на военных и пассажирских судах. Мощность паровой турбины больше 100 МВт. В наши дни около трети транспортных морских судов имеют паровые турбины.

Пассажирский поезд

Пассажирский поезд – поезд, состоящий из пассажирских вагонов. Пассажирский вагон состоит из кузова, ходовых частей, тяговых приборов, тормозных устройств. Ходовые части – колесные пары обеспечивают безопасность движения, плавность хода. Тормозные устройства регулируют скорость движения и управляют остановкой поезда. Все пассажирские поезда имеют и автоматические тормоза, и ручные. Кузов вагонов изготовлен из высокопрочных сталей или сплавов. Скорость пассажирских поездов до 250 км/ч. Первые пассажирские поезда с паровой тягой появились в 1825 г. в Великобритании. В России в 1837 г. на Царскосельской железной дороге. Вагоны этого поезда имели вид карет. В те годы вагоны строились на Александровском заводе. Вагоны оборудовались креслами для пассажиров, в 1866 г. появились вагоны со спальными купе (в поездах на железной дороге Петербург – Москва). Кузова вагонов были деревянные, печное или водяное отопление, освещение газовое, автоматические тормоза. В 1896 г. был построен пассажирский вагон длиной 18 м, в 1906 г. – двухэтажные пассажирские вагоны, с 1947 г. пассажирские вагоны делаются цельнометаллическими. Современные пассажирские поезда различаются по назначению и составу. В состав поезда входят вагоны для перевозки пассажиров, почты, багажа, вагон-ресторан. Иногда включаются вагоны специального назначения: служебные, клубные, лабораторные. Пассажирские поезда бывают дальнего следования, пригородного сообщения и межобластные. Такие поезда комплектуются вагонами купейными или некупейными, мягкими или жесткими, их кузов цельнометаллический, отопление водяное или электрическое, они имеют вентиляцию и электрическое освещение. Во многих поездах есть специальные установки для кондиционирования воздуха. Движение осуществляется электровозом или дизель-поездом. Вагоны моторные или прицепные. Число пассажирских мест может достигать в электропоезде – 1050, в дизель-поезде – 384. Мягкий купейный вагон имеет 24—32 места, жесткий купейный вагон 38 мест, некупейный 54—81 место. В России до 65% всех пассажирских перевозок осуществляется железнодорожным транспортом. Дальнейшее развитие пассажирских перевозок направлено на улучшение конструкции пассажирских вагонов, использование в их изготовлении новых материалов, повышение комфортности.

Поезд-снегоочиститель

Путевая машина, предназначенная для очистки от снега железнодорожных путей. Снегоочиститель – это специальный вагон с размещенными на нем снегоочистительными устройствами, механизмами управления, двигателем, осветительным оборудованием. Устройства для очистки путей от снега различны: отвальный щит с боковыми крыльями; клиновидный плуг с боковыми крыльями; есть роторные снегоочистители, состоящие из роторов (одного питающего, другого выбросного); шнекороторные. Снегоочиститель, имеющий двухгранный мощный плуг с наклонной плоскостью и подрезным ножом, – это таранный снегоочиститель. По железнодорожному пути плуговой снегоочиститель движется при помощи локомотива с рабочей скоростью 40—70 км/ч, ширина очищенной от снега полосы – 5 м, высота слоя до 1,5 м. Есть однопутные и двухпутные снегоочистители. На однопутных плуг разбрасывает по обе стороны снег, на двухпутных плуг вместе с крыльями составляет отвальную плоскость, которая смещает снег в сторону поля от колеи. Само снегоочистительное устройство смонтировано на торце вагона. Роторный снегоочиститель располагается в голове поезда, сзади – толкающий его локомотив или несколько локомотивов. Рабочая скорость такого состава до 10 км/ч, ширина расчищенной полосы до 5 м, высота слоя снега 3—4,5 м. Такой роторный снегоочиститель способен отбрасывать снег на 50 м от пути. Само роторное снегоочистительное устройство смонтировано в передней части вагона. Самые распространенные трехроторные снегоочистители: два ротора – питательные, один ротор – выбросной. Таранный снегоочиститель толкают один или даже несколько локомотивов с рабочей скоростью 45 км/ч. Ширина очищенной от снега полосы 3,5 м, высота слоя снега 3 м. Снегоочистительное устройство такого поезда – мощный двухгранный плуг, смонтирован в передней части вагона, он раздвигает снег в обе стороны. Снегоочиститель с реактивным двигателем с рабочей скоростью 10—15 км/ч. Его основа – дрезина или железнодорожная платформа; на ней поворотный круг с реактивным двигателем, бак с топливом, система его управления. Принцип работы состоит в том, что выхлопные газы растапливают и испаряют снег. Такие поезда-снегоочистители с реактивным двигателем применяют для очистки от снега железнодорожных станций и стрелочных переводов.

Поезд-снегоуборщик

Путевая машина, предназначенная для уборки снега со станционных путей и стрелочных переводов, его транспортировки и разгрузки. Модификации различны: или это отдельный вагон (полувагон) с расположенными в нем устройствами для уборки, погрузки, разгрузки и накопления снега; или это состав, в который входят снегоуборочная машина и несколько полувагонов специальной конструкции. Снегоуборочные устройства – это щеточные роторы или подрезной нож. Они расположены в передней части снегоуборочной машины поперек пути, снег подается на транспортер и сгружается в полувагоны. На дне полувагонов расположены наклонные транспортеры, со специальным перекрытием, соединяющим транспортеры каждых соседних вагонов. Снег движется вдоль состава, и в крайнем полувагоне разгружается. Разгрузочное устройство – это ленточный транспортер, направляющий щит, или выбросной ротор. Рабочая скорость снегоуборочного поезда 10 км/ч, ширина полосы снега 5 м, толщина слоя снега 0,9 м. Толкается снегоуборщик локомотивом, или есть собственный электропривод на колесные пары. Производительность снегоуборщика 1200 м3/ч.

Пожарный автомобиль

Пожарный автомобиль – транспортное средство на вооружении пожарной охраны. Автомобиль применяется для доставки к месту пожара пожарного оборудования, огнетушительных средств и боевого расчета. Пожарный автомобиль смонтирован на базе обычного автомобильного шасси или на шасси повышенной проходимости в зависимости от района эксплуатации, для северных или тропических районов. Привод оборудования и агрегатов, установленных на пожарном автомобиле, идет от двигателя этого автомобиля. Первый пожарный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, снабженный механическим пожарным насосом, был построен в 1892 г. в Германии, в 1907 г. на автомобиле смонтировали первую механическую пожарную лестницу. В России в 1907 г. появилась первая пожарная машина со скоростью 60 км/ч. Она была построена на московском заводе «Густав Лист». На этой автомашине к месту пожара доставлялись инструменты, пожарные лестницы и боевой расчет из 8 человек. В ХХ в. пожарные автомобили стали применяться во всех странах. Их производство развито в Германии – на заводе «Метц»; в Великобритании – на заводах «Ангус», «Симон», «Деннис»; в США – фирма «Симплекс». Современные пожарные автомобили различаются по видам в зависимости от назначения. Существует три вида: основные, специальные и вспомогательные. Основные пожарные автомобили – это автоцистерны, автонасосы, автомобильные насосные станции, автомобили газоводяные, воздушно-пенные, порошковые, аэродромные. Самые распространенные пожарные автомобили – это автоцистерны. Они одновременно используются для подачи или подвоза воды и доставки к месту пожара боевого расчета, пожарного оборудования и огнетушащих средств. Боевой расчет такой автоцистерны 3—7 человек. Газоводяные автомобили имеют турбореактивную установку и применяются для тушения пожаров на газовых и нефтяных скважинах. Воздушно-пенные автомобили тушат пожары на нефтеперерабатывающих заводах, в резервуарах, они подают воздушную пену при горении нефтепродуктов. Специальные пожарные автомобили – это технические, штабные, связные, рукавные. Автомобили-лестницы используются для доставки к месту пожара боевого расчета и различного специального оборудования: для разборки зданий, пробивки отверстий в стенах, удаления дыма и подачи воздуха в помещение. Рукавные автомобили работают на больших пожарах для доставки напорных рукавов, прокладывания их в линию, механизированной намотки и погрузки рукавов, в работе они участвуют вместе с пожарными насосными станциями. Вспомогательные пожарные автомобили применяются для обслуживания пожарной техники и обеспечения ее работы на больших пожарах. Они осуществляют заправку, ремонт, техобслуживание. И также их применяют для агитационной работы. Все современные пожарные автомобили имеют отличительные признаки для выделения их среди другого транспорта. Они окрашены в красный цвет, оборудованы звуковым сигналом и проблесковыми маяками. Пожарные автомобили размещены в специальном здании – пожарном депо, в котором осуществляют их обслуживание, мойку, ремонт.

Пожарный поезд

Пожарный поезд – железнодорожный состав, применяется для тушения пожаров на объектах железной дороги и поблизости полосы отвода не менее 24 м.

В России пожарные поезда состоят на вооружении частей пожарной охраны, созданной в 1934 г. В составе пожарного поезда специальные вагоны: вагон-насосная станция, вагон-гараж, несколько вагонов-цистерн с водой. Вагон-насосная станция находится в пассажирском вагоне, где имеется отделение для людей – личного состава, и машинное отделение, в котором находятся пожарные насосы, работающие на двигателях внутреннего сгорания, другое пожарное оборудование; и также иногда размещены прицепные пожарные мотопомпы.

Мотопомпа – это насос, вакуумный аппарат, смонтированный на раме; работает она от двигателя внутреннего сгорания, который также расположен на этой раме. Это устройство используется для подачи воды по напорным пожарным рукавам к месту пожара. Производительность ее до 1600 л/мин.

В вагоне-гараже находится пожарная автоцистерна. Емкость вагона-цистерны 25—50 м3. Пожарный поезд – эффективное средство для борьбы с пожарами на железной дороге.

Почтово-багажный поезд

Почтово-багажный поезд – железнодорожный состав из грузовых вагонов. Часть вагонов – багажные, для перевозки багажа, часть вагонов – специализированные (для перевозки почты). Такой вагон оборудован специальными контейнерами с почтой и погрузочным устройством, осуществляющим погрузочно-разгрузочные работы. Почтовый вагон – это цельнометаллический грузовой вагон. Погрузочное устройство – это специальный подъемный кран с выдвижной стрелой. Работой крана и задвижными дверями управляет машинист с пульта дистанционного управления, который находится в этом же вагоне. Вагон оснащен автономной системой электропитания. Масса одного контейнера с почтой до 500 кг. В одном почтовом вагоне может вместиться до 45 таких почтовых контейнеров. Впервые перевозить почту по железной дороге начали в Великобритании в 1830 г. И также в Великобритании в 1839 г. появились специальные почтовые вагоны, в которых находились оборудование и помещения для обработки почты в пути. В конце XIX и в ХХ вв. основной поток почты во всех странах перевозится по железной дороге. Особенно часто железнодорожный транспорт используют для перевозки тяжелой почты – посылок, бандеролей, периодики. В России с 1930-х гг. появились специализированные грузовые почтовые вагоны для контейнерной перевозки почты, оснащенные погрузочными устройствами – кранами с выдвижной стрелой; задвижными дверями и дистанционным управлением. Сейчас в России уже несколько тысяч таких почтовых вагонов. В почтовом вагоне имеется отделение для людей, почтовой бригады, сопровождающей почту. Иногда в состав пассажирского поезда включают один или несколько почтовых вагонов. Но на самых загруженных направлениях используют такие специализированные почтово-багажные поезда, которые курсируют по расписанию. В составе такого почтово-багажного поезда до 12 вагонов почтовых, и до 6 вагонов багажных. Несмотря на другие способы доставки почты, железнодорожный транспорт остается эффективным.

Реанимобиль

Реанимобиль – автомобиль скорой медицинской помощи – транспортное средство на базе легкового автомобиля. Цельнометаллический кузов на колесном шасси. Автомобиль используется для выезда к пострадавшему и доставки его в лечебное учреждение, оказания ему экстренной специализированной медицинской помощи в пути следования. Для этого автомобиль оборудован специальными медицинскими приборами, оборудованием и установками. Это осуществляет бригада скорой помощи, выезжающая к больному на таком автомобиле. Эти автомобили находятся в распоряжении станций скорой медицинской помощи, они имеют постоянную радиосвязь с централизованной диспетчерской службой. Современные автомобили скорой медицинской помощи имеют отличительные особенности с целью выделения их среди транспортного потока и безостановочного движения: они окрашены в белый с красным цвет, оборудованы специальными мигающими маяками и звуковым сигналом.

Рефрижераторный поезд

Рефрижераторный поезд – грузовой состав, используется для перевозки по железной дороге скоропортящихся пищевых продуктов. В составе от 18—20 грузовых вагонов, грузоподъемность каждого до 42 т; и также вагон для отдыха сопровождающей бригады, вагон – машинное отделение, дизель-электростанция.

В машинном отделении в испарителях холодильных установок находится специальный рассаг. Он нагнетается по магистральному трубопроводу насосом в батареи грузовых вагонов. Кузова грузовых вагонов снабжены теплоизоляцией. В каждом вагоне есть регулирующие приборы, поддерживающие заданную температуру, это позволяет поддерживать температуру от -10 до +14 °С, даже если снаружи от +40 до -45 °С. В рефрижераторных поездах осуществляют перевозку и охлаждение продуктов. Заданные температуры: для овощей и фруктов – от -4 до -6 °С, для рыбы, масла, мяса – от -6 до +12 °С, для бананов от 11 до 13 °С, для быстрозамороженных продуктов -12 °С. Чтобы обеспечить определенный режим для перевозки грузов, попеременно включаются системы отопления или охлаждения.

В состав рефрижераторных поездов включаются также автономные изотермические вагоны, в которых при транспортировке поддерживаются постоянные низкие температуры. В них перевозят скоропортящиеся продукты: мясо, рыбу, фрукты. Самые первые в России изотермические вагоны были уже в 1862 г. С 1926 г. такие вагоны выпускал Брянский завод. Их грузоподъемность до 49 т. В изотермическом вагоне поддерживается постоянная режимная температура от -6 и до -20 °С. С 1966 г. используются автономные рефрижераторные вагоны. По своему назначению они различаются по типам, что зависит от характера груза. Универсальные (для большинства грузов) и специализированные – для определенных продуктов. Дальнейшее развитие применения рефрижераторных поездов и вагонов направлено на усовершенствование их конструкции.

Самолет

Самолет – транспортное летательное средство тяжелее воздуха, летающее при помощи двигателей и неподвижных крыльев; самое распространенное из всех типов летательных устройств, обладающее большой грузоподъемностью, скоростью, маневренностью, надежностью в эксплуатации – это его основные характеристики.

Основные части – фюзеляж, крыло, шасси, оперение. Неподвижное крыло дает самолету подъемную силу при движении, на крыле находятся рули крена и механизация крыла, фюзеляж конструктивно соединяет крыло, оперение, шасси и силовую установку; в фюзеляже находится экипаж, пассажиры, грузы, оборудование; с помощью шасси самолет осуществляет посадку, взлет и движение по полосе, шасси бывают колесные, гусеничные, лыжные, убирающиеся или неубирающиеся. Оперение обеспечивает устойчивость, управляемость и балансировку.

Создание первых самолетов тяжелее воздуха относится к концу XIX – началу ХХ вв., в 1903 г. в США братья У. и О. Райт построили самолет с двигателем внутреннего сгорания, их первый успешный полет прошел 17 декабря 1903 г., во Франции строят самолеты примерно в эти же годы А. Сантос-Дюмон, Ф. Фербер; Л. Блерио в 1909 г. совершил полет на самолете своей конструкции из Франции в Англию; в России появились успешные конструкции самолетов в 1909—1914 гг., конструкторы: Я. М. Гаккель, Д. П. Григорович, B. А. Слесарев, летчики-испытатели М. Н. Ефимов, С. И. Уточкин, Н. Е. Попов, П. Н. Нестеров.

В начале ХХ в. ученые многих развитых стран начали теоретические исследования в области самолетостроения: в Англии – Дж. Кейли, в США – B. Ленгли, во Франции – А. Эйфель, в Германии – Л. Прандтль, в России – Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин. Бурное развитие самолетостроения произошло в годы Первой мировой войны благодаря возможности использования самолетов в ведении боевых действий. Самолеты применялись для разведки, вооружались пулеметами, бомбами, строились первые самолеты-истребители для борьбы с бомбардировщиками. Самый мощный в то время самолет в мире построила Россия в 1913 г., конструктор И. И. Сикорский, самолет назывался «Илья Муромец» и имел 4 мотора, вмещал 8 человек экипажа, был вооружен 7 пулеметами и поднимал 800 кг бомб.

Самые известные иностранные самолеты тех лет были французские «Фарман», «Ваузен», немецкие «Фоккер» со скоростью до 120 км/ч. Во Франции, Англии, Германии, России создалась авиационная промышленность, появились заводы, базы, институты.

В России особенно масштабное развитие авиация имела в 1918—1941 гг., в 1930 г. был создан Московский авиационный институт, в 1920-е гг. основаны конструкторские бюро А. Н. Туполева, Д. П. Григоровича. Строились пассажирские и военные самолеты-истребители ИЛ-1, ИЛ-2, бомбардировщики АНТ-3, АНТ-4 (с наибольшей скоростью в то время до 270 км/ч). В годы Второй мировой войны были созданы серии авиационных двигателей, конструкторы – А. Д. Швецов, В. Я. Климов.

Основные самолеты ИЛ-5 – истребитель, ТБ-1 – бомбардировщик, ЯК-3, ЯК-9, МиГ-3, Ил-4, ТУ-2, они были легкие, маневренные, хорошо вооруженные. Также в 30-е гг. ХХ в. русские самолеты совершали беспосадочные перелеты Москва – США через Северный полюс в июне 1937 г., летчики – В. П. Чкалов, Г. Ф. Байдуков, А. В. Беляков на самолете АНТ-25.

В эти годы было много новых конструкторских решений, что было обусловлено достижениями аэродинамики и двигателестроения. Была увеличена скорость полета, внесены усовершенствования в конструкцию кабины и фюзеляжа, увеличилась продолжительность и дальность полетов. Уже в 1930-е гг. в России и в других развитых странах (Германии, Англии, США) шли разработки реактивного двигателя.

Первый полет с таким двигателем в России был в 1940 г., летчик В. Г. Федоров, конструктор С. П. Королев. Скорость полета увеличилась до 700 км/ч, это требовало внесения изменений в конструкцию самолета.

В 1950-е гг. преодолен «звуковой барьер» в России – первый сверхзвуковой истребитель МиГ-19, скорость полета 1480 км/ч. Он имел стреловидное крыло. С такими же крыльями строятся ЯК и ТУ-16. В 1960-е гг. скорость полетов достигала 3500 км/ч, дальность более 10 000 км, стала применяться дозаправка в воздухе. Также в конце ХХ в. во многих развитых странах развивается гражданская авиация. Строятся пассажирские лайнеры и грузовые реактивные самолеты. В 1965 г. в России был построен самый большой в мире транспортный самолет – АН-22, он имел 4 турбовинтовых двигателя; скорость 740 км/ч, поднимаемый груз 80 т, дальность полета 5000 км. Первый сверхзвуковой самолет ТУ-144 совершил свой полет в 1968 г. Продолжаются работы по совершенствованию военных самолетов. Развивается самолетный спорт – соревнования на установление рекордов скорости, дальности, высоты и продолжительности полетов и грузоподъемности, на выполнение фигур высшего пилотажа. Строятся самолеты вертикального взлета и посадки. Современные самолеты различаются по типам, по назначению и по конструкции. Различие по назначению: гражданские, военные. Гражданские – транспортные, грузо-пассажирские, спортивные, рекордные, туристические, учебно-тренировочные, сельскохозяйственные, специальные, экспериментальные. Военные – истребители, бомбардировщики, транспортные, связные, санитарные. Различные по конструкции: по числу и расположению крыльев – бипланы, полуторопланы, монопланы, низко-, средне– и высокопланы; по типу и расположению оперения – переднее, хвостовое, однокилевое, многокилевое; по типу фюзеляжа – однофюзеляжные, двухбалочные; по типу шасси – колесные, гусеничные, лыжные, амфибии, лодочные; по расположению двигателей – на крыле, под крылом, в крыле, на пилонах, на фюзеляже, в фюзеляже; по типу двигателей – винтомоторные, турбовинтомоторные, турбореактивные; по скорости полета – дозвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые. Системы управления: основные и вспомогательные. Основные – управляют воздушными рулями, вспомогательные – двигателями, тормозами, шасси, люками, дверями. Управление осуществляется при помощи ручек, педалей, переключателей. Оборудование самолета – это приборы, радио– и электрооборудование, высотное, специальное, бытовое, вооружение (у военных). Электрооборудование обеспечивает работу приборов, радио, средств управления, систем пуска двигателей.

В наше время самолет – самое эффективное транспортное средство, и дальнейшее развитие самолетостроения во многих странах идет по пути усовершенствования конструкции, использования новейших исследований, технологий, материалов, обеспечивающих увеличение грузоподъемности, скорости, дальности и высоты полетов.

Сейнер

Сейнер – судно для промысла и транспортировки рыбы. Основное снаряжение лова – кошельковый невод. Устройство сейнера, как правило, однопалубное. В носовой части надстройка. На корме – место для невода и площадка для его спуска. Такой способ лова предусматривает использование дополнительной моторной лодки. Когда судно идет на поиски рыбы, лодка располагается на его рабочей палубе. Но в момент лова на ней закрепляется один конец невода.

Сейнер имеет устройства, выполняющие выборку и укладку невода, оборудование для охлаждения и обработки выловленной рыбы, средства управления – поворотные колонки, бортовые вихты, устройства для поиска рыбы. Современные сейнеры строятся во многих странах, имеющих судостроительное производство: США, Великобритании, Японии, Испании, России. Мощность двигателя самых больших – более 220 кВт, длина до 70 м. Скорость 17 узлов, поэтому сейнеры применяются для лова рыб с большой скоростью движения.

Скоростной однорельсовый поезд

Монорельсовый поезд – поезд, передвигающийся по монорельсу, установленному на эстакаде или отдельных опорах, – транспортное средство, обладающее высокой скоростью – до 500 км/ч. Такие поезда бывают пассажирскими и грузовыми. В XIX в. в России были построены первые монорельсовые дороги в Москве и в Гатчине. Но более широкое распространение и применение такие дороги получили в зарубежных странах в начале ХХ в. (во Франции, Германии, Италии, Канаде, США, Японии, Швейцарии). Одна из старейших дорог построена в 1902 г. в Вуппертале в Германии. Много монорельсовых дорог построено в 1960-е гг. для экспериментальных целей также в странах Западной Европы и США. В России разрабатываются монорельсовые системы для пассажирских перевозок.

Монорельсовые поезда различаются по способу устройства вагонов: навесные и подвесные монорельсовые дороги.

Навесная дорога, когда вагоны опираются на ходовую тележку, расположенную над монорельсом. Подвесная дорога, когда вагоны подвешиваются к ходовой тележке под монорельсом. Навесные конструкции более широко распространены. Навесная монорельсовая дорога «Альвег» работает в Германии и в Японии. Конструкции подвесной системы также различны. Подвесная монорельсовая дорога «Скайвей» (США) имеет открытую конструкцию пути, и вагоны подвешены не симметрично. Подвесная дорога «Сафеже» (Франция) имеет закрытые пути внутри полой несущей балки, и вагоны подвешены симметрично.

Основные характеристики и особенности монорельсового поезда – возможность развивать большую скорость и двигаться по эстакаде по кратчайшему направлению независимо от ландшафта, безопасность движения, небольшая металлоемкость, энергетическая экономичность, автоматизация управления. Это делает такой монорельсовый поезд эффективным транспортом. Возможно его применение в городе для перевозки пассажиров, для пригородного сообщения, в курортных зонах, особенно в горных районах, для обслуживания промышленных территорий.

Поезд имеет бесшумный ход, что обеспечивают обрезиненные направляющие колеса. Привод ходовых тележек вагонов электрический. Вместимость одного вагона до 120 человек и более. Очень перспективна монорельсовая дорога, по которой поезда движутся на воздушной подушке и развивают скорость 500 км/ч.

Грузовые монорельсовые дороги – вид промышленного транспорта. Такие поезда перевозят грузы в цехах, между цехами по заводской территории и между заводами в промышленных зонах.

Для перевозки грузов используются вагонетки или специальные платформы, они оборудованы подъемными устройствами, грузозахватами, саморазгружающимися кузовами – для осуществления перегрузочных работ.

Грузоподъемность до 5 т, скорость движения грузового поезда 2—4 км/ч. Дальнейшее применение монорельсовых поездов (как пассажирских, так и грузовых) очень эффективно, развитие направлено на совершенствование конструкции, увеличение скорости, грузоподъемности, назначения, так как такие системы очень экономичны в отличие от других видов транспорта.

Скутер

Скутер – самоходное одноместное моторное судно, относится к классу спортивных гоночных судов и на тихой воде может развивать скорость более 80 км/ч. Имеет подвесной двигатель внутреннего сгорания. Днище плоское с уступом-реданом в плане имеет треугольную или четырехугольную форму. Движение судна глиссирующее: носовая часть его поднимается над водой, вызывая значительное всплытие судна, это уменьшает площадь соприкосновения днища с водой, снижает сопротивление движению, и в результате увеличивается скорость хода. Такое движение делает судно эффективным для спортивных соревнований.

Снегоход

Снегоход – самоходное транспортное средство повышенной проходимости на базе грузового автомобиля, на гусеничном ходу. Гусеница – замкнутая лента, на внутренней поверхности имеющая уступы, взаимодействующие с колесами. На внешней поверхности гусеницы находятся выступы, обеспечивающие сцепление с грунтом. Принцип действия основан на том, что колеса движутся по бесконечному пути – гусенице, что снижает сопротивление движению. Снегоходы имеют особо широкие гусеницы. Большая поверхность гусеницы предохраняет снегоход от глубокого погружения в снег. Такие снегоходы используют для перевозки людей, грузов и буксировки техники по снегу и бездорожью.

Спецавтомобиль для транспортировки радиоактивных отходов АЭС

Транспортное средство – контейнеровоз, полуприцеп рамной конструкции с двухосной тележкой, оборудованной специальными устройствами для крепления контейнера, для транспортировки радиоактивных отходов. Контейнер – это свинцовая камера, облицованная сталью. Для загрузки имеется герметичная крышка и специальное устройство, обеспечивающее охлаждение для отвода тепла, которое выделяется в свинце при поглощении излучения. Такое устройство обеспечивает безопасность при транспортировке. Буксирует его тягач по автомобильной дороге.

Судно

Судно – плавающее устройство для передвижения и транспортировки водным путем и для выполнения специальных задач. Характеристика судна выражает его эксплуатационные и технические данные: скорость, дальность плавания, грузоподъемность, вместимость, автономность, энергооснащенность; мореходные качества: ходкость, плавучесть, управляемость, непотопляемость. Эти технические и эксплуатационные характеристики определяют параметры: длина, ширина, высота борта, водоизмещение, дедвейт, мощность двигателя и его тип, вместимость. Устройство любого самоходного судна включает: корпус, надстройки, рубку, судовые устройства, навигационное оборудование, системы связи, двигатель; корпус делится палубами и переборками на отсеки. В этих отсеках находятся энергетические установки, трюмы, запасы топлива, пресной воды, балласт. Корпус сделан, как правило, из стали или сплавов, у спортивных судов из дерева. На верхней палубе располагаются надстройки, рубки, помещения для команды и пассажиров. Системы управления, связи, навигационное оборудование находятся в рубках – штурмовой, рулевой, радиорубке.

Конструктивный тип судна определяют размеры и расположение надстроек, форма носа и кормы, число палуб и трюмов, число носовых, бортовых и кормовых портов, размеры грузовых люков, место энергетической установки. Энергетическая установка снабжает электроэнергией, паром, водой судовые механизмы, устройства, системы, которые создают безопасную эксплуатацию судна, комфорт пассажиров и команды и сохранность грузов. Основные двигатели судна – гребные винты. Двигатель – дизельный. Управление энергетической установкой и контроль ее работы осуществляется дистанционно из рулевой рубки. Судоходство появилось в древности как средство преодоления водной преграды с целью передвижения, перевозки грузов, использования водоемов как места охоты и промысла, самым первым плавучим средством был просто ствол дерева. Первый прототип судна – примитивный плот, скрепленный из нескольких стволов деревьев. В Египте делали плоты из камыша и папируса. Плот был надежен и устойчив и обеспечивал достаточно долгое плавание, но не обладал быстроходностью в отличие от лодки. Первые лодки люди стали делать еще в каменном веке. Их выдалбливали или выжигали из древесных стволов, снаружи обтесывали, в северных странах делали каркасные лодки, деревянный каркас покрывали корой или натягивали на него шкуру. Развитие экономики во всех странах способствовало судоходству. Возникла необходимость увеличить вместимость и грузоподъемность, улучшить мореходность, это позволило сделать строительство судов из отдельных деревянных частей с обшивкой. Такие суда появились 3000 лет до н. э. в Древнем Египте, их делали из кусков дерева, просмоленных по швам. В X в. до н. э. в Финикии строились суда, по конструкции похожие на современные. Обшивка таких судов делалась из досок, скреплялась гвоздями и шипами, сначала деревянными, со временем медными или железными. Движители первых судов – шесты, весла, паруса. Паруса появились 3000 лет до н. э. Они делались из тростниковых циновок, деревянных планок или шкур. Под парусами шли при попутном ветре. Если ветра не было, использовали весла, располагавшиеся по всей длине судна. Каждым веслом могли грести одновременно несколько человек. В VII в. были построены гребные суда-галеры, но имевшие и паруса. Парусные суда появились с X в. в Китае, Скандинавии, в странах Средиземноморья. На парусных судах можно было совершать океанские рейсы. Особенно внушительными были суда в XIX в. Их грузоподъемность 5000 т, скорость более 3 км/ч, длина 90 м. Обшивку подводной части деревянного судна металлическими листами практиковали уже древние финикийцы, полностью железное судно было построено в 1787 г. в Англии, его длина была около 20 м. Использование металла в постройке судна увеличило их прочность и уменьшило массу. В XVIII в. с развитием машиностроения был использован паровой двигатель. В 1807 г. в США было построено судно с паровой машиной, в России в 1815 г. В XIX в. на судах в качестве движителей стали использовать гребные винты. В начале XX в. появились дизельные двигатели и паровые турбины, в середине XX в. – установка, работающая на ядерном топливе.

В наши дни многие страны имеют развитую судостроительную промышленность и мощный флот. Суда становятся более специализированными и универсальными. Современные суда различаются по назначению, по району плавания, по конструктивному типу, по принципу движения. По назначению суда бывают: транспортные, промысловые, военные, служебные, научные, промышленно-хозяйственные, судообслуживающие, спортивные.

Транспортные суда: грузовые, пассажирские и грузо-пассажирские.

Промысловые суда: добывающие – рыболовные, добывающе-перерабатывающие, траулеры – рыбозаводы.

Военные суда: боевые корабли, военно-транспортные, обеспечивающие.

Служебные суда: инспекторские, пограничные, таможенные, административные.

Научные суда: для проведения специальных научных исследований.

Промышленно-хозяйственные суда: добывающие, драги, подъемно-монтажные, портостроительные, землечерпальные, дноуглубительные, ремонтные, радиосвязные, плавучие электростанции. Судообслуживающие суда: буксиры, перегрузочные, перекачивающие, буксировщики, причальные, ледоколы, навигационные, спасательные, учебные, ремонтные.

Спортивные суда: гоночные яхты.

По району плавания суда бывают морские, внутренние, смешанные с ограничением плавания и неограниченные.

По конструктивному типу суда бывают полнонаборные и с избыточным надводным бортом, самоходные и несамоходные – буксируемые. Самоходные – парусные, гребные, с двигателем. Самоходные по типу двигателя бывают: дизельные, атомные, электроходы, газотурбоходы, пародубоходы.

По принципу движения суда бывают: плавающие, глиссирующие, на подводных крыльях, на воздушной подушке. Надводные и подводные. Дальнейшее развитие судостроения направлено на использование новых технологий в постройке судна и также в его эксплуатации. Увеличение скорости, грузоподъемности, мощности судов – таких как грузовые контейнеры. Составные суда: грузоподъемность до 50 000 т, скорость более 30 км/ч, мощность двигателей 10 МВт. Составное судно – состоит из грузовой и энергетической частей – это несамоходная грузовая баржа, которую буксирует самоходное судно. Увеличение провозоспособности судна обеспечивается увеличением грузоподъемности и интенсификацией обслуживания в порту.

Судно на воздушной подушке

Судно на воздушной подушке – самоходное судно, которое при движении поднимается над поверхностью воды воздухом, нагнетаемым под его днище. Идея «парящего судна» появилась еще в XVIII в.; в 1716 г. в Швеции ее предлагал ученый Э. Сведенборг. Но осуществилась она только в начале ХХ в., когда в Австрии в 1916 г. был построен такой торпедный катер на воздушной подушке для военно-морского флота. Принцип движения на воздушной подушке основан на движении судна по слою сжатого воздуха между днищем судна и поверхностью воды.

В России первое судно такой конструкции было построено и испытано в 1934—1935 гг. Его конструктор – профессор В. И. Левков. Оно могло двигаться не только над водой, но и над землей и снегом. Но большее распространение в использовании таких судов на воздушной подушке началось в разных странах в середине ХХ в. Они применяются для перевозки пассажиров в местных рейсах и в военном флоте. Современные суда на воздушной подушке различаются по способу подачи воздуха: когда воздух подается под куполообразное днище от вентилятора или когда воздух идет от отверстий, расположенных по периметру днища.

Устойчивое движение, предотвращающее крен судна, обеспечивается удержанием воздушной подушки под днищем. Для этого воздушная подушка по периметру ограждается гибкими секционированными полотнищами. Движение на воздушной подушке уменьшает сопротивление движению судна. Это обеспечивает высокую скорость (более 150 км/ч) на судах с полным отрывом от воды. Двигатели у таких судов – воздушные винты или воздушнореактивные.

Суда на воздушной подушке с постоянно погруженными в воду боковыми ограничениями имеют скорость более 100 км/ч. У этих судов двигатели – водометные или гребные винты. Суда на воздушной подушке могут совершать речные и морские рейсы. Число пассажирских мест более 300. Использование судов на воздушной подушке для перевозки пассажиров очень эффективно.

Танкер

Танкер – самоходное наливное судно, предназначенное для перевозки жидких грузов наливом (нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов), пищевых продуктов (масла, жира, вина, питьевой воды), химических продуктов (кислот, спиртов, асфальта, топлива – мазута). Характеристики танкера – вместимость, мощность двигателя, длина, ширина, высота борта. На больших танкерах двигатель – паротурбинная установка; средние и малые танкеры имеют дизельные двигатели. Транспортировать нефть наливом стали в конце XIX в., ее наливали в корпус судна или в трюмные вкладные цистерны. В России впервые перевезли нефть наливом в 1873 г. на Каспийском море, судно было парусное и деревянное. Стали строить нефтеналивные деревянные и металлические баржи для транспортировки нефти по Каспию. Первый в России металлический наливной пароход был построен в 1878 г. грузоподъемностью 250 т. В нем нефть сначала перевозили во вкладных цилиндрических цистернах, но потом стали наливать нефть просто в трюмы. В 1882 г. в России был построен танкер грузоподъемностью 670 т, в 1886 г. в Великобритании построили паровой танкер дедвейтом 3000 т. Дедвейт – это общий вес грузов, поднимаемых судном – показатель его размеров и основная эксплуатационная характеристика. В ХХ в. строительство наливных танкеров распространилось во многих странах, что связано с растущей потребностью в перевозке нефти морем. В конце ХХ в. почти половину объема всего мирового наливного флота составляли танкеры дедвейтом 2000 т, имевший общий дедвейт 170 млн т. Современный танкер – это однопалубное судно с продольной системой набора корпуса судна без двойного дна. В корме расположены машинное отделение, служебные и жилые помещения для команды судна. В зависимости от размеров судна его грузовые помещения разделены несколькими переборками на танки, в которые наливается груз или водяной балласт. На палубе расположены небольшие по размеру горловины с непроницаемыми крышками, через которые осуществляется налив. Погрузку танкера осуществляют береговые насосы, разгрузку – судовые насосы, для чего в танках и по палубе проходят трубопроводы. Танки имеют теплообменники – змеевики с водяным паром для подогрева застывших наливных грузов – мазута, нефти. Танкеры оборудованы средствами против пожаров – это установки, заполняющие танк инертным газом, установки тушения при помощи пара и пены. Танки также оборудованы системой их мойки горячей водой и средствами очистки от нефти. Для того чтобы улучшить мореходные качества судна, балластные танки наполняют балластом – водой. Внутренние поверхности танков делают из коррозийно-стойких материалов, чтобы предотвратить их разъедание химическими жидкостями, которые в них наливают. Самые большие из грузовых судов – танкеры, нефтевозы, их дедвейт более 600 тыс. т, длина 400 м, ширина более 60 м, высота борта 35 м. Мощность их двигателей – паровых турбин – 26 800 кВт. Транспортировка жидких грузов в танкерах эффективна, поэтому дальнейшее их развитие направлено на увеличение грузоподъемности и мощности их двигателей, усовершенствование конструкций.

Трамвай

Трамвай – городское рельсовое электрическое транспортное средство, получающее электрическую энергию от контактного провода. Трамвай – это только моторный вагон или один моторный вагон с прицепными вагонами, двигающийся по рельсам, проложенным вдоль городской магистрали. Первый прототип трамвая предложил в 1876 г. в России изобретатель Ф. А. Пироцкий, он назвал его «рельсовый экипаж» с электродвигателем. В 1880 г. Ф. А. Пироцкий построил вагон с подвесным тяговым электродвигателем постоянного тока. В Германии был пущен первый трамвай близ Берлина в 1881 г., построенный фирмой «Сименс и Гальске». Этот вагон имел скорость 30 км/ч и вместимость 20 пассажиров. В 1880-е гг. трамвайное сообщение получило широкое распространение в городах многих стран Европы, России, США.

Современный трамвай – это комплекс технических средств – рельсовый путь – тяговая сеть, подвижной состав, системы автоблокировки. Эксплуатацию трамваев ведет специальное трамвайное хозяйство: это трамвайные депо, ремонтные заводы, линейные службы движения. Питание трамвая идет от тяговой сети. Электрический ток через тяговые подстанции поступает в контактную сеть. На моторном вагоне находится токосъемник, движущийся по проводу контактной сети. Рельсы служат обратным проводом. Трамвайные сети используют цепную контактную подвеску; контактный провод с помощью изоляторов подвешивается к опорам контактной сети на высоте 3,7—5,4 м. Электрооборудование, применяющее электрическое торможение, значительно снижает шум. Ходовая часть имеет звукопоглощающие приспособления – колесные тележки с прорезиненными элементами. В конце ХХ в. во многих странах возникла потребность использовать скоростной трамвай со скоростью в два раза больше обычной на пригородных линиях, связывающих городской центр с дальними промышленными зонами и зонами отдыха. Для этого совершенствуется рельсовый путь; в городской черте он входит в туннель или идет по эстакаде. Строительство и эксплуатация пути скоростного трамвая эффективнее и экономичнее, чем метрополитен. Трамвай позволяет также более рационально, чем метро, организовать пассажирские потоки. Дальнейшее развитие трамвайного сообщения направлено на улучшение конструкции вагонов, системы подвешивания и регулирования тяговых двигателей, использование более вместительных комфортных вагонов, снижение шума при движении трамвая и расхода электроэнергии.

Трансатлантические лайнеры

Трансатлантические лайнеры – самоходное пассажирское судно большой вместимости, предназначенное для перевозки пассажиров на большие расстояния, через океан. Двигатель, как правило, дизельный, большой мощности. Такие суда строятся металлическими, многопалубными с расположенными в них каютами, вмещающими до нескольких сотен пассажиров, на самых больших судах – более 2000 человек. Строительство таких больших судов развивалось в основном в начале ХХ в., когда была необходимость в перевозке пассажиров с континента на другой континент. Такие лайнеры совершали дальние рейсы из Европы в Америку, из Америки в Австралию. Но с середины ХХ в. с развитием воздушного транспорта потребность в морских пассажирских дальних перевозках практически сократилась. И в конце ХХ в. такие грузоподъемные суда применяются для туристических рейсов, многодневных круизов, морских прогулок; и такой вид отдыха становится все более популярным. Такие суда строились в странах, имевших морской флот: Великобритании, США, Франции, России, Японии, Германии.

Траулер

Траулер – судно для промысла, транспортировки и обработки рыбы. Основное промысловое устройство – трал, буксируемый судном. Трал – это мешок из сетного полотна, конусообразной формы, во время лова находится в раскрытом виде. Рыба, входящая в трал, попадает в его узкую часть. Тралы сделаны из синтетических материалов и бывают донные, придонные или универсальные. На борту судна имеются приборы, которые контролируют раскрытие и ход трала, скопление в нем рыбы. Трал с выловленной рыбой поднимается на борт судна, и рыба выгружается на палубу или сгружается в трюм. Основные параметры трала – длина, вертикальное и горизонтальное раскрытие. Самые большие тралы имеют длины до 150 м. Тралами ведут лов на глубине до 2 км. Для этого используются канаты-ваеры, которые уложены на барабанах лебедок. Современные мощные лебедки имеют двигатель до 450 кВт. С середины XX в. траулеры стали двухпалубными. На корме установлены устройства спуска, подъема, буксировки трала. Траулер имеет оборудование для обработки выловленной рыбы, машины для консервирования, выработки рыбной муки и жира, холодильные установки в трюмах для заморозки и сохранения рыбы. Также почти все современные траулеры имеют на борту приборы, контролирующие движение трала и наведение его на рыбу. Траулеры строятся во многих странах, где развито судостроение. Самые большие в Японии и России, их водоизмещение 8000 т, длина 100 м и более. Скорость 25 км/ч, мощность двигателя 4,5 МВт. Такие суда используются для лова трески, окуня и других промысловых рыб как в прибрежной зоне, так и на глубине.

Троллейбус

Троллейбус – городское безрельсовое транспортное электрическое средство с питанием от контактной сети. Цельнометаллический кузов со сварным стальным каркасом, обшитый стальными листами, имеет, как правило, три двери. Каркас прикреплен к жесткому основанию в виде фермы из профилированных балок. В основном троллейбусы двухосные, но на основных городских магистралях, на линиях с большими потоками пассажиров используются многоосные сочлененные троллейбусы. Основные характеристики троллейбусов: габаритные размеры, скорость, вместимость. Например, у двухосного троллейбуса длина 10—12 м, ширина 2,5 м, высота до 3,4 м; скорость до 70 км/ч, вместимость до 70 человек. Первые троллейбусы появились в конце XIX в. в Германии. Это оказалось возможным только после строительства асфальтовых дорожных покрытий, так как для применения троллейбуса необходим надежный токосъем от контактной сети. В России первый троллейбус был пущен в Москве в 1934 г., и в 1960-х гг. троллейбусное сообщение распространилось во многих городах. Ограничивает применение троллейбусов только качество дорожного покрытия и негибкость в движении в плотных транспортных потоках больших городов. Троллейбус имеет преимущества по сравнению с трамваем – отсутствие рельсовых путей и бесшумное движение, и по сравнению с автобусом – использование дешевой электрической энергии, экологичность и надежность в эксплуатации. Основное электрическое оборудование троллейбуса – это тяговые электродвигатели постоянного тока, вспомогательные электродвигатели для привода компрессора, вентиляторов, генераторов, низковольтных приборов, освещения и сигнализации. Тяговые электродвигатели используются последовательного или смешанного возбуждения, которые дают хорошие показатели в тяговом режиме. Мощность их 70—120 кВт. Управляет движением водитель при помощи педали, связанной с контроллером; контроллер приводит в действие контакторы, которые и управляют тяговыми электродвигателями. На крыше троллейбуса находится токосъемник, через который идет питание электрической энергией от контактной сети. Механическая часть троллейбуса – это ходовая часть, устройства управления. Трансмиссия из карданной и главной передачи с дифференциалом. В редукторе применяются червячные зубчатые колеса. Ходовая часть аналогична автобусной или автомобильной; в нее входят балки осей, ступицы колес, рессорная подвеска. Тормозная система состоит из колесных тормозов с пневматическим приводом и ручного механического привода для стояночного тормоза. Рулевой механизм и его привод – как у автомобиля. Дальнейшее использование троллейбусного сообщения перспективно, что связано с улучшением дорожной городской сети – дорожных покрытий, увеличением ширины проезжей части и радиусов закруглений. Троллейбус обладает большой вместимостью, делающей его эффективным на линиях с большими пассажиропотоками.

Тягач

Тягач – самоходное транспортное средство, колесное – на базе автомобиля, гусеничное – на базе трактора. Кузов установлен на шасси. Оборудовано тягово-сцепным или опорно-сцепным устройством. Высокое тяговое усилие обеспечивается массой самого тягача или создается дополнительный вес с помощью одноосного прицепа. Тягач применяется для транспортировки прицепных систем – сельскохозяйственных машин, дорожных машин, или прицепов – колесных транспортных средств без мотора. Производство мощных тягачей началось в середине ХХ в., что связано с потребностями различных областей производства, где такие тягачи используются, – это промышленность (лесная, горнодобывающая), строительство, сельское хозяйство. Тягачи различаются по типу прицепного устройства. Буксирные тягачи имеют тягово-сцепное, седельные – опорно-сцепное устройство. Тяговое усилие – это основной показатель тягача. Если надо увеличить тяговое усилие, применяется несколько дополнительных передач с увеличенным передаточным отношением.

Фуникулер

Фуникулер – транспортное средство с канатной тягой для перемещения – подъема или спуска – пассажиров или грузов, как правило, на небольшое расстояние по крутому подъему. Это наклонные рельсовые пути между верхней и нижней станцией; по этим путям движутся вагоны при помощи связанного с ними каната и приводной лебедки, которая расположена на верхней станции. Идея использовать такое устройство как транспортное появилась уже в 1825 г. И первый фуникулер был построен в 1854 г. в Италии (Генуя) и в Австрии (Зоммеринг). Сейчас такие устройства применяются в разных странах, в основном в горных местностях и курортных районах. Фуникулеры различаются по назначению и по устройству. По назначению – пассажирские, грузовые, грузо-пассажирские.

По устройству – одновагонные и двухвагонные. Принцип работы следующий: одновагонные – один вагон поднимается и он же обратно опускается; двухвагонные – два вагона уравновешивают друг друга, они прикреплены к двум концам каната и движутся навстречу друг другу – если один из них поднимается, то другой – опускается. Более распространены двухвагонные фуникулеры как более эффективные. Они бывают двухпутные (для каждого вагона независимый рельсовый путь) или однопутные (оба вагона движутся навстречу по одному пути и разъезжаются посередине). Пассажирские вагоны при любом наклоне рельсового пути находятся в горизонтальном положении. Грузовые вагоны в отличие от пассажирских имеют более простую конструкцию. Они применяются для перевозки горных пород, леса, а для погрузки-разгрузки на станциях находится специальное оборудование. Вагоны имеют тормозные устройства и средства сигнализации, связи и блокировки, чтобы обеспечить безопасность движения и контролирующие действия обслуживающего персонала, который находится на верхней и нижней станциях. Но такое сообщение широкого распространения не имеет из-за небольшой скорости движения (до 3 м/с) и большого времени на погрузку-разгрузку и вход-выход пассажиров. Поэтому такие устройства чаще всего используются в туристских районах с экскурсионными целями на юге Европы, в горах; в России – на Кавказе.

Хозяйственный поезд

Хозяйственный поезд – грузовой поезд, имеющий различное назначение. Обслуживание железнодорожного пути – он доставляет на перегоны железной дороги строительные материалы, питьевую воду, путевой балласт, вывозит снег со станций и стрелочных переводов, доставку к месту работ железнодорожных рабочих. В этом случае в состав поезда входят и пассажирские вагоны. Подвозка людей и строительных материалов на строящиеся объекты железной дороги – перегоны, станции, мосты, тоннели, в этом случае такой хозяйственный поезд называется рабочим поездом. Но во всех видах хозяйственный поезд – это состав, обслуживающий железнодорожное хозяйство. Вагоны такого поезда имеют такое же устройство и оборудование, как вагоны грузовых или пассажирских поездов. Движение поезда осуществляет тепловоз или электропоезд.

Штабелер

Штабелер – погрузочно-транспортное средство, используется для погрузки и укладки в штабели или стеллажи штучных грузов – коробок, ящиков, пакетов. Имеет фронтальный выдвижной грузоподъемник, или вилы для приемки груза; колеса из монолитной резины, пластмассы или металла. Управляет штабелером машинист из кабины. Грузоподъемник до 3,5 т, высота укладываемого штабеля до 8 м. Современные штабелеры, как и другая погрузочная техника, появились в ХХ в. Применяются для погрузочных работ на складах различного назначения. Взяв на выдвижной грузоподъемник груз, могут с ним передвигаться на небольшие расстояния по территории склада как транспортное средство. Движется при помощи механического или электрического двигателя.

Электровоз

Электровоз – локомотив с тяговыми электродвигателями. Электрическую энергию его двигатели получают от контактной сети, но иногда от аккумуляторов, находящихся на самом электровозе. Электровоз состоит из электрического оборудования и механической части. Механическая часть включает цельнометаллический кузов на двух или трехосных тележках. Тележки – это стальные рамы на колесных парах с буксами, с рессорным подвешиванием, тяговой передачей, тормозной рычажной системой. На тележке расположены тяговые электродвигатели.

У скоростных электровозов со скоростью более 120 км/ч используется опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей, от них вращение передается колесной паре. У грузовых электровозов используется опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей.

В кузове электровоза находится ходовая часть, автосцепка и различное оборудование. Электрическое оборудование – это тяговые электродвигатели постоянного тока, вспомогательные машины, низковольтные приборы, пускорегулирующие, защитные аппараты, токосъемник. Если электровоз переменного тока, то используется тяговый трансформатор. Пневматическое оборудование – компрессор; тормозные приборы; резервуары для хранения сжатого воздуха, который применяется для питания приводов тормозной системы и системы управления электровозом. На электровозах постоянного тока для увеличения скорости последовательнопараллельно включаются двигатели и пусковой реостат. На электровозах переменного тока две системы регулирования – низковольтная и высоковольтная.

Для электрического торможения используются специальные устройства. Первый в России электровоз был построен в 1932 г. совместно Коломенским и Московским заводами.

Современные электровозы различаются по назначению и по роду используемого тока. По назначению электровозы бывают: магистральные – пассажирские, грузовые, грузо-пассажирские; маневровые, промышленные и рудничные. По роду используемого тока электровозы бывают постоянного тока, переменного или комбинированные.

Иногда используют сразу несколько электровозов, которые управляются из кабины одного из них.

В России работает один из самых мощных в мире электровозов, мощностью 8400 кВт и с максимальной скоростью 200 км/ч и более.

Дальнейшее развитие конструкции электровоза направлено на повышение его мощности, использование новых технологий и систем регулирования.

Эскалатор

Эскалатор – транспортное средство для перемещения – подъема или спуска – пассажиров в местах больших пассажиропотоков: в общественных зданиях, подземных переходах, станциях метро. Представляет собой пластинчатый конвейер с движущимся ступенчатым полотном, с углом наклона до 35°. Первые эскалаторы появились в конце XX в. во Франции. В России в 1935 г. первые эскалаторы появились на станциях Московского метрополитена.Принцип и конструкции эскалатора представляют полотно, имеющее две бесконечные тяговые цепи, огибающие тяговое и натяжное устройство и движущееся по направляющим металлическим путям. Устройство привода включает электрический двигатель, редукторы с зубчатыми или цепными передачами и соединительные муфты. Эскалатор имеет входные площадки с гребенками, которые опущены в пазы настилов ступеней, движутся с обеих сторон по направляющим пластинам и отклоняющим блокам. Поручни сделаны из прорезиненной ленты с загнутыми краями. Придвигаясь к входным площадкам, ступенчатое полотно получает горизонтальное положение при помощи направляющих путей. Основные рабочие движения ступенчатого полотна – наклонная лестница, которую можно использовать для подъема или спуска самостоятельно. На наклонной части расположены натяжные блоки поручней. Ступени эскалатора делают из стального каркаса и стальных обрезиненных катков на осях и двух тяговых цепей. На всех участках рабочей трассы эскалатора имеются реечные настилы из пластика. Тяговые цепи полотна – втулочно-роликовые, пластинчатые, с упорами на наружных пластинах. Трасса имеет ограничивающие шины, препятствующие ее складыванию. Привод эскалатора снабжен двумя тормозами: рабочим и аварийным. Для безопасности движения эскалатор имеет защитную систему электромеханических устройств и автоматических включения-выключения. Основные характеристики эскалатора – ширина ступени, высота подъема, скорость, производительность. Модификации зависят от области применения эскалатора, при которых эти характеристики различаются. Эскалатор – это эффективный вид общественного транспорта, его развитие направлено на повышение безопасности и производительности.

Раздел 2. Производственная техника

Автоклав

Автоклав – устройство для обработки продукции, сырья и изделий способом нагрева под давлением выше атмосферного. Устройство имеет вид емкости – или полностью замкнутой, или открывающейся с крышкой. Сфера применения этого устройства очень широка. Оно используется в металлургии при обработке цветных, драгоценных металлов, редких элементов, в химической промышленности для производства органических красителей, минеральных удобрений, синтетических полупродуктов, в промышленности для вулканизации технических изделий, при производстве стройматериалов, в консервной промышленности и медицине для стерилизации. Принцип работы этого устройства основан на создании условий, ускоряющих реакцию и увеличивающих производство продукта. В зависимости от сферы применения и назначения устройства различаются по конструкции, оборудованию, емкости, созданию температурного режима. Основные характеристики автоклава: емкость, создаваемое давление и температура. По конструкции такие устройства бывают вертикальные, горизонтальные, колонные, а также вращающиеся и качающиеся. В зависимости от характера работы перемешивающие устройства имеют электромагнитные, пневматические или механические, наружные или внутренние теплообменники, различные приборы для контроля режима температуры, давления; уровня жидкости и регулирования их параметров. Автоклавы, используемые в химической промышленности, снабжены электродвигателем. Его ротор укреплен на вале перемешивающего устройства и закрыт герметичным экраном, сделанным из специального немагнитного материала, который не способствует прохождению магнитных силовых линий к ротору от статора электродвигателя.

Конструкция применяемого в медицине автоклава состоит из основной герметичной водопаровой камеры, в которой образуется водяной пар заданной температуры и давления. В этой водопаровой камере находится другая камера – стерилизационная, в нее непосредственно и помещают материал для стерилизации. Пространство между этими двумя камерами заполнено водой. Воду нагревают и пар, поднимаясь в промежутки между камерами, попадает в стерилизационную камеру, в верхней части которой расположены для этого специальные отверстия, и создает в этой камере требуемые температуру и давление. Снаружи медицинский автоклав имеет металлический кожух и асбестовый изоляционный слой и бывает переносной или стационарный. Емкости промышленных автоклавов различны: от нескольких десятков кубических сантиметров до 1500 кгс/см2. Они создают давление 150 Мн/м2 и температуру до 500 °С. В производстве строительных материалов применяются устройства для крупноразмерных изделий из силикатобетона. В России автоклавные устройства для производства известково-песчаных блоков, фибролита, облицовочных плит появились в 1930-х гг. Но сам способ изготовления силикатного кирпича в автоклаве был изобретен в Германии в 1880 г. ученым В. Михаэлисом. Процесс производства силикатного кирпича и других изделий в автоклавной установке основан на термической обработке сырьевых продуктов, в результате физико-химического взаимодействия происходит твердение материала. На современных автоклавных устройствах изготавливают ячеистый бетон, силикатные блоки, стеновые блоки и панели, облицовочные, теплоизоляционные материалы и другие изделия. Используются новые технологии производства и улучшения основных характеристик самих устройств.

Башенный кран

Башенный кран – грузоподъемная машина. Конструкция крана дает возможность осуществлять монтаж, демонтаж и перевозку автотранспортом. Башня крана может быть поворотной или неповоротной, телескопической или наращиваемой. Высота подъема достигает 150 м, скорость передвижения крана – 10—30 м/мин, скорость подъема груза – 10—100 м/мин. Вылет стрелы строительного крана доходит до 40 м, судостроительного – до 50 м. Грузоподъемность при минимальном вылете – до 75 т. Грузоподъемность судостроительного крана на эстакаде – до 100 т, стапельного – до 400 т. Строительные башенные краны двигаются по рельсам, проложенным на строительной площадке. При большой высоте строящегося здания они могут опираться на землю и на каркас самого здания. По мере роста здания кран, опирающийся на него, перемещается вертикально. Грузозахватное приспособление башенных кранов, как правило, крюковое. Механизм подъема груза составляют лебедка и стальной канат, к которому крепится крюк. Механизм движения крана по рельсовому пути осуществляется колесным приводом. Кран снабжен предохранительными устройствами – ограничениями хода (концевые выключатели и упоры) и устройствами от действия ветра. Стреловое устройство башенного крана с горизонтальным перемещением грузов снабжено механизмом изменения вылета стрелы. Движение крана осуществляется при помощи электрического двигателя. Кабина крановщика находится в месте соединения стрелы с башней крана. Конструкции башенного крана сварные, сделаны из стали. Потребность в применении башенных кранов возникла в ХХ в. в связи с увеличением высоты возводимых сооружений. Башенный кран – это поворотный кран. Он может быть на автомобильном, пневмоколесном, гусеничном ходу, на базе обычного стрелового крана. Имеет стреловое устройство – подъемную качающуюся стрелу или же консольную стрелу, по которой движется тележка с канатной тягой. Башенный кран имеет широкое применение в различных отраслях производства. В основном он используется в строительстве многоэтажных жилых и промышленных зданий и сооружений, строительстве плотин и других гидротехнических сооружений. Также он применяется в судостроении в достроечных работах и для обслуживания открытых стапелей.

Модификация крана зависит от вида его движения. Он может передвигаться по рельсам или быть на автомобильном, гусеничном ходу. Основные задачи в совершенствовании его конструкции – это увеличение грузоподъемности, вылета стрелы, высоты, на которую можно доставить груз, а также увеличение производительности, скорости рабочих движений, точности работы, уменьшение массы самих конструкций крана, для чего используются современные сплавы.

Бурильная машина

Бурильная машина – машина, осуществляющая процесс бурения – горной выработки цилиндрической формы – скважины, шпура, способом разрушения горной породы. С целью разведки и добычи полезных ископаемых – нефти, угля, руды, а также соли. Самые древние буровые «инструменты» – долото и бамбуковые штанги – использовались 2 тыс. лет назад в Китае, при добыче соляных растворов, бурение было ручным и диаметр скважины составлял 15 см, ее глубина – 900 м. В России первые скважины также бурили для добычи соли в IX в., близ г. Старая Руса. В середине XIX в. бурили скважины для снабжения городов водой в Петербурге, Керчи, Казани, Москве. Первая скважина в США была пробурена в 1806 г. также для добычи соли. Первые нефтяные скважины были пробурены в США в 1826 г., в Кентукки, и в России в 1864 г. на Северном Кавказе. Паровые машины появились на нефтяных промыслах в Баку в 1873 и в 1901 гг., электродвигатели. Но совершенная и производительная буровая техника появилась только в XX в. Хотя буровые машины применялись и раньше. В 1861 г. Соммейе изобрел поршневой перфоратор, в конце XIX в. появился молотковый перфоратор – бурильный молоток.

Современный бурильный молоток – машина для бурения шпуров или скважин. В основном это пневматическая машина. Самые первые бурильные машины были поршневыми в середине XIX в. В ее конструкции бур двигался вместе с поршнем. В бурильной машине молоткового типа – породоразрушающая буровая коронка. При каждом обратном ходе поршня она поворачивается, и вращение передается буру через поворотный механизм. В бурильной машине с независимым вращением бур вращается от пневмодвигателя. Воздухораспределительное устройство обеспечивает подачу порций воздуха в переднюю и заднюю полости цилиндра и регулирует движение поршня. Сжатый воздух удаляет из шпура разрушенную породу. Основные характеристики бурильного молотка – масса поршня, расход воздуха, скорость, энергия работы. Но высокочастотные бурильные молотки создают во время работы чрезмерный уровень шума, и поэтому для его уменьшения и вибрации используются специальные виброгасящие рукоятки.

Модификация бурильного молотка зависит в основном от вида его использования в работе.

Ручной бурильный молот (масса 10—30 кг) бурильщик держит в руках, иногда устанавливает на пневмоподдержке. Колонковый бурильный молоток (масса 50—70 кг) устанавливается на колонки с автоподатчиками или на буровые каретки. Телескопный бурильный молоток (масса 30—40 кг) используется для бурения шпуров.

Буровая каретка – машина для бурения шпуров и скважин. Она применяется в горизонтальных выработках. Имеет вид платформы на пневмоколесном, колесно-рельсовом или гусеничном ходу. На ней устанавливаются один или несколько автоподатчиков с установленными на них бурильными машинами – молотками. Для работы в вертикальных стволах шахт буровая каретка имеет вид рамы. Бурошнековая машина – это буровая коронка на шнеке для бурения скважин большого диаметра в маломощных пластах полезного ископаемого – угля, соли. Осуществляет бурение породы, выдачу из скважины полезного ископаемого, погрузку его в транспортное средство. Такой механизированный процесс добычи существенно повышает производительность труда, отрабатывает полезное ископаемое из сложных пластов. Дальнейшее усовершенствование бурильной техники направлено на увеличение глубины скважин, скорости бурения, применение дистанционного управления.

Велосипедный кран

Велосипедный кран – грузоподъемная машина, предназначенная для подъема грузов и их горизонтального перемещения. Такие краны применяются для погрузочных и разгрузочных работ на складах и в заводских цехах. Движение крана осуществляется по однорельсовому наземному пути – здесь используется электрический двигатель. Устойчивость крана создают реборды ходовых колес и верхние ролики на вертикальных осях, которые двигаются – катятся между двумя опорными потолочными балками. Основания крана – двух– или четырехосная тележка, на ней расположена колонна с вращающейся укосиной. Когда кран движется, то укосина повернута в направлении движения, и кран занимает мало места. Велосипедный кран способен обслужить площадь, равную вылету крана по обе стороны пути. Грузоподъемные приспособления – крюк. Грузоподъемность крана достигает 10 т. Вылет стрелы – до 7 м.

Водоотливные насосы

Насос – устройство для напорного перемещения воды при сообщении ей внешней энергии. Основные параметры насосов – это количество жидкости, перемещаемое за единицу времени, т. е. объемная подача, напор и потребляемая мощность. Насосы различаются по конструкции и принципу действия и делятся на две группы: насосы-машины, работающие от двигателей, и насосы-аппараты, не имеющие движущих устройств и работающие за счет других источников энергии. Насосы-машины бывают: лопастные, поршневые, роторные; насосы-автоматы: струйные, паровые.

Необходимость перемещать большое количество воды была всегда, и самый первый насос изобрел в I в. до н. э. в Древней Греции механик Ктесибий. Этот насос был описан ученым из Александрии Героном. Хотя простейшие поршневые насосы для подъема воды применялись и раньше. После появления паровой машины появилась потребность увеличения высоты подачи воды. Поэтому в начале XVIII в. стали применяться поршневые, вращательные насосы и различные устройства для напорной подачи. До XVIII в. насосы были деревянными. Но в конце XVIII в. их стали делать из металла с приводом от паровой машины. С середины XIX в. появились паровые, поршневые, крыльчатые насосы. В разработке конструкций насосов известны ученые и изобретатели К. Бах, А. П. Герман, Г. Берг, А. А. Бурдаков, В. Г. Шухов, П. К. Худяков, И. И. Кукулевский. В XX в. с 30-х гг. поршневые насосы стали заменяться роторными.

Первый роторный насос был описан И. Лейрехоном в 1624 г. Первый вихревой насос был создан в 1920 г. в Германии инженером С. Хиншем. В 1846 г. в Америке инженер Джонсон построил горизонтальный насос, в 1851 г. в Великобритании такой же насос был сделан по патенту Гуинна. В 1899 г. в России инженер В. А. Пушечников создал вертикальный многоступенчатый насос, имевший подачу 200 м3/ч. И в Москве в 1880 г. на заводе Г. Листа начали делать первые насосы в России, с 1932 г. разрабатываются осевые насосы на заводе «Борец» в городах Дмитрове, Харькове. Конструкторы М. Г. Кочнев, С. С. Руднев, Г. Ф. Проскур, И. Н. Вознесенский.

Модификации современных насосов зависят от их конструкции и применения.

Центробежные насосы используются для подачи холодной и горячей воды. Их работа основана на передаче кинетической энергии вращающегося рабочего колеса находящимся между его лопастями частицам воды. При этом возникает центробежная сила, благодаря которой вода из колеса поступает в корпус. Рабочие колеса могут быть с односторонним и двусторонним подводом жидкости. Такие насосы имеют широкое применение, так как являются быстроходными. Они обеспечивают подачу воды до 65 000 м3/ч, при напоре 18,5 м, мощности 7,5 Мвт. В США был построен такой насос с подачей 138 000 м3/ч, напором 95 м, мощностью 48 Мвт.

Осевые насосы используются для подачи больших объемов воды. Их работа основана на энергии, получаемой водой, при воздействии на нее поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса. Осевые насосы бывают жестколопастные и поворотно-лопастные и, как правило, одноступенчатые. Осевые насосы также считаются быстроходными: подача воды (45—50) × 103 м3/ч, напор 10 м, мощность 2 Мвт.

Поршневые насосы имеют очень широкое применение и весьма разнообразны по конструкции. Их работа основана на чередовании всасывания и нагнетания, происходящих в цилиндре при движении поршня. Поршневые насосы бывают горизонтальные и вертикальные, тихоходные и имеют большие габариты. Дальнейшее усовершенствование конструкции насосов направлено на увеличение быстроходности, подачи, областей использования.

Врубовая машина

Врубовая машина – машина, предназначенная для выполнения полости в массиве горной породы при добыче полезных ископаемых для последующей разработки породы. Одинаково эффективна на наклонных или крупных поверхностях. Первое механическое устройство для выработки породы было изобретено в 1761 г. в Великобритании. В середине XIX в. также в Великобритании появились режущие врубные машины, имевшие пневматический привод, с 1887 г. привод стал электрическим. В 1864 г. в Великобритании появилась врубовая машина (конструктор В. Бейрд). В конце XIX – начале XX в. в США внедряются врубовые машины – цепные режущие, выполняющие проход в породе глубиной до 2,5 м и имеющие свой двигатель. В России первое производство собственных врубовых машин с электрическим приводом было начато в 1927 г. в Донецке. Машины выпускались различных модификаций: тяжелая, с электродвигателем мощностью более 40 кВт, и легкая электрическая, предназначенная для подготовительных работ. В 40-х гг. XX в. также в России были построены мощные врубовые машины с двигателем мощностью более 60 кВт, передвигавшиеся на канате, с дистанционным управлением, способные вырабатывать горный пласт в породе любой крепости. Они также имели регулятор рабочей скорости подачи 0—0,86 м/мин, 0,3—1,4 м/мин. Основное рабочее устройство врубовой машины – бар. Он состоит из направляющей рамы и движущейся по ней цепи. Цепь собрана из кулаков, в которых размещены зубки-резцы. Цепи бывают однопланочные или двухпланочные – по числу планок, соединяющих кулаки. Если применяется шарнирное соединение кулаков, то такая цепь называется беспланочной.

Врубовые машины оснащены приспособлением для механического ввода и вывода бара из слоя горной породы и также имеют устройство для гашения образующейся пыли. Регулирование скорости 0—2,8 м/мин.

Во время работы врубовая машина перемещается в забое на канате, намотанном на барабане. Такие машины имеют мощные двигатели более 80 кВт и длину бара 2 м. Они могут выполнять врубы в любой горной породе, по структуре и конфигурации прохода. Врубовые машины различаются по типу рабочего устройства, по типу подачи, роду энергии, способу регулирования скорости, по типу редуктора, по назначению, по конструкции. По типу рабочего устройства врубовые машины бывают баровые, штанговые, дисковые; по типу подачи канатные, цепные, гусеничные, колесные; по роду энергии машины бывают пневматические и электрические. Регулирование скорости бывает автоматическое или ручное, а также есть машины, в которых скорость не регулируется. Тип редуктора подачи бывает односкоростной, пульсирующий, храповидный, бесступенчатый.

По конструкции врубовые машины бывают продольно-баровая, поперечно-баровая, поворотно-баровая, универсальная. По назначению врубовые машины применяются для подготовительных работ, для очистных работ, дальнейшее усовершенствование конструкции врубовых машин направлено на увеличение проходимости, надежности, мощности, производительности.

Горный комбайн

Горный комбайн – машина, предназначенная для выработки и погрузки в транспортное средство горной массы. Устройство горного комбайна включает: отбойный инструмент, разрыхляющий пласт породы, погрузочный инструмент, сгружающий породу на транспортное средство, двигатель, механизм передвижения устройства управления и улавливания пыли. Первый горный комбайн, разработанный на основе врубовой машины, был построен в России в 1932 г. Конструкторы А. И. Бахмутский, Г. И. Роменский, В. Г. Яйких. В 1935 г. горные комбайны появились в Великобритании и в 1938 г. – в Германии. Современные горные комбайны используются для добычи каменного угля и других полезных ископаемых: марганца, каменной соли, металлических руд.

Горные комбайны различаются по назначению: очистные, для добычи полезного ископаемого, проходческие, для выработки пласта, нарезные, для осуществления подготовительных нарезных выработок угля. Основные рабочие органы горных комбайнов различают по типам в зависимости от конструкции и способа работы: баровые, оборудованные барами, режущие цепи которых разрушают массу; барабанные – вращающийся барабан разрушает массу резанием.

Шнековые – разрушающие массу резанием и погружающие на конвейер.

Короночные – разрушают массу вращающейся коронкой с резцами. Буровые – вырезающие в массе кольцевые щели, разрушающие породу и погружающие на конвейер.

Планетарные – породу разрушают планетарно движущиеся резцы.

Погрузочные устройства горных комбайнов различают по способу погрузки: скребковые – использующие для погрузки скребки ковшовые, погружающие массу ковшами, механизмы передвижения различаются по способу действия: рельсовые, гусеничные, пневматические, колесные, шагающие, или с канатной тягой.

Двигатели горных комбайнов, как правило, электрические.

Очистные горные комбайны различаются по способу выемки горной массы: широкозахватные – с шириной захвата 1,2—2,4 м; узкозахватные – с шириной захвата 1 м. Рабочее устройство таких комбайнов, как правило, баровое, барабанное, шнековое. Известные типы очистных горных комбайнов в России: «Кировец», «Темп»; в Великобритании: «Андерсон-Бойс», «Трепан-Ширер»; в Германии: «Эйкхофф», в США «Джой». Производительность очистных комбайнов до 5000 т угля, мощность 400 кВт. Проходческие горные комбайны различаются по проведению выработок по углю или по породе, по форме сечения – круглое, прямоугольное, трапециевидное, по направлению – наклонные или горизонтальные. Известные типы проходческих горных комбайнов в России «Караганда» и ПК-3, в Великобритании «Бретби», в Германии «Эйкхофф», в США «Роббинс». Нарезные горные комбайны для подготовки забоя проводят нарезные выработки по углю шириной 2,6 м.

Дальнейшее совершенствование конструкций горных комбайнов направлено на расширение их использования, улучшение качества угля, увеличение надежности, энергооснащенности, производительности, использование автоматического управления, улучшение условий работы.

Гребнечесальная машина

Основные рабочие устройства машины – гребни. Они выполняют процесс чесания волокна, подготавливая его к прядению. Гребнечесальные машины используются для обработки хлопка, шерсти, льна. Гребни очищают волокно от примесей, сора, прочесывают и распрямляют его, гребнечесальные машины различаются по способу работы: периодического или непрерывного действия. Периодическое действие основано на последовательном прочесывании волокна, зажатого тисками. Чесание выполняет вращающийся круглый гребень с иглами. Иглы располагаются рядами с наибольшей частотой 30 игл на 1 см. Вычесанные короткие волокна и примеси снимаются щеткой, отделительные цилиндры захватывают прочесанное волокно и его еще раз прочесывает с двух сторон прямой гребень с двумя рядами игл. Гребнечесальные машины периодического действия обрабатывают в основном грубое волокно шерсти.

Процесс чесания волокон как подготовка к прядению с древности оставался ручным до XVI в. Когда с развитием машинного производства стали появляться чесальные машины, в конце XVIII в. в странах Европы и в России в основном в начале XIX в., первые гребнечесальные машины появились в 1845 г. во Франции (конструктор Ж. Хейльман).

В России такие машины появились в 1760 г. в Серпейске на фабрике Р. Глинкова. Современные гребнечесальные машины – основное оборудование прядильного производства, они вырабатывают средней плотности равномерное длинное волокно. Дальнейшее усовершенствование чесальных машин развивается параллельно с другим оборудованием прядильного производства и направлено на увеличение производительности, качества, использование новых технологий и систем управления.

Деревообрабатывающий станок

Деревообрабатывающий станок – машина для обработки древесины.

Деревообрабатывающий станок.

На деревообрабатывающем станке получают изделия и материалы из дерева: доски, брус, фанеру, древесные плиты, конструкции для изготовления мебели, окна, двери, тару, лыжи, паркет, перекрытия, музыкальные инструменты, детали для декоративной отделки интерьеров. Деревообрабатывающие станки используются на деревообрабатывающих заводах и в небольших мастерских. Комбинированный станок, способный выполнять разные действия, имеет несколько шпинделей, установленных на общей станице, универсальный имеет один шпиндель, но на нем устанавливают разные деревообрабатывающие инструменты. Механизм привода электрический, применяется также и дистанционное управление. Обработка древесины существовала очень давно, так как дерево использовалось и в домостроении, в судостроении, для изготовления мебели, посуды, оружия, различных конструкций. Но инструменты для деревообработки были примитивными и низкопроизводительными. Деревообрабатывающая промышленность как отрасль появилась в начале в. И с середины XIX в., с общим ростом машиностроения стала интенсивно развиваться. В России в конце в. началось фабричное изготовление мебели, фанеры и других изделий из древесины, но технический уровень производства отставал от развитых стран. Но в начале XX в. уже появились хорошо оснащенные предприятия по деревообработке, в основном лесопильные, в Архангельске, Онеге. В 30-е гг. XVIII в. рост деревообрабатывающих предприятий увеличился, что связано с общим развитием промышленности в стране. Деревообрабатывающие заводы были построены на Урале, Красноярске, Днепропетровске, Киеве, Ленинграде, Тавде, Карелии, на Дальнем Востоке и северо-западе. Сейчас деревообрабатывающая промышленность – это хорошо оснащенная, перспективная и развивающаяся отрасль народного хозяйства. На больших деревообрабатывающих заводах работают станки-автоматы, станки-комбайны, автоматические линии с дистанционным управлением.

Модификация деревообрабатывающих станков зависит от рода выполняемой работы. Виды деревообрабатывающих станков: дереворежущие, сборочные, отделочные. Самые распространенные – это дереворежущие станки. На таком станке специальными дереворежущими инструментами из древесины получают заданные заготовки, детали или изделия. Способы резания древесины различны – это распиливание, строгание, точение, сверление, фрезерование, шлифование, лущение. Для распиливания используются пилы возвратно-поступательного или прямолинейного вращения. Для фрезерования применяются прямолинейные или фасонные резцы, сверление осуществляется специальными сверлами. Строгание происходит на специальных строгальных станках. Шлифование осуществляется абразивным материалом. Для получения из отходов древесины сырья для целлюлозно-бумажных предприятий используется дробление. В зависимости от вида процесса резания и использованного инструмента деревообрабатывающие станки бывают распиливающие, строгальные, токарные, фрезерующие, сверлильные, дробильные, шлифовальные. Отделочные станки применяются для нанесения на готовые изделия лакокрасочных покрытий, декоративных, защитных. Для этого станки снабжены специальными вальцами. Дальнейшее совершенствование деревообрабатывающих станков направлено на увеличение скорости обработки древесины, производительности, использования новых способов или материалов, увеличение видов изготовляемой продукции и повышение ее качества.

Доменная печь

Доменная печь – устройство для производства чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов. Основное оборудование доменного цеха – доменная печь – это круглая шахтная печь, футерованная огнеупорной кладкой. Для защиты кожуха печи от разгара используют холодильные устройства. Кожух печи и колошниковое устройство установлены на фундаменте и удерживаются колоннами. Исходный материал для плавки называется шихтой и состоит из железной руды, марганцевой руды, агломерата, окатышей. Шихта на колошник печи подается скипами или ленточным конвейером. Через приемную воронку скипы разгружаются в печь. Воздух подается через воздухонагреватели, продукт плавки выходит через летки в ковши, находящиеся в нижней части. Основные характеристики доменной печи – это полезная высота (расстояние между осью летки и нижней кромкой загрузочного конуса) и полезный объем, измеряющийся в м3. В России одни из самых мощных доменных печей с полезным объемом 5000 м3. Работа доменной печи – это непрерывный процесс, длящийся иногда до 10 лет, но несколько раз за этот срок печь останавливается на ремонт-замену изношенной кладки шахты. За этот срок печь может выплавить 8 млн т чугуна. Специальные измерительные приборы контролируют работу – ход доменной печи, регистрируют основные параметры загрузки и вдуваемого воздуха, качество состава шихты в соответствии с видом выплавляемого чугуна, температуру кирпичной кладки печи на разных горизонтальных осях, последовательность загрузки. Все процессы работы современной доменной печи автоматизированы. Автоматически осуществляются подача шихты, взвешивание, транспортировка, загрузка, поддерживается уровень засыпки и распределение шихты, влажность дутья, расход воды на охлаждение, переключение воздухонагревателей и управление режимом нагрева, регистрация состава колошникового газа, подача дутья. Изготовление чугуна было уже известно в древности в VI—IV вв. до н. э. в Китае. Чугун получали из высокофосфоритных железных руд, и из него отливали различные изделия. В Древней Греции в V—IV вв. до н. э. также была известна выплавка чугуна. Чугун – это сплав железа с углеродом. В древности чугун получали в горных или шахтных печах на древесном угле. Первые доменные печи появились в Европе в XIV в. Чугун использовали для производства оружия и строительных конструкций. Первые доменные печи в России были построены в 1630 г. в Туле и Кашире, в 1701 г. на Урале. И в середине XVIII в. Россия превосходила все европейские страны по выпуску чугуна. До середины XVIII в. основным топливом доменной печи был древесный уголь, но в 1735 г. Дерби использовал каменноугольный кокс. В 1766 г. И. П. Ползунов впервые применил паровую воздуходувную машину. В 1829 г. Дж. Нильсон – нагрев дутья. В 1857 г. Э. Каупер изобрел кирпичный воздухонагреватель регенеративного типа. В 70-х гг. XX в. Россия вышла на первое место в мире по выплавке чугуна. Сейчас доменное производство – это отрасль черной металлургии, в которой используются механизированные и автоматизированные системы и новейшие технологии. Известные ученые в России в этой области – М. А. Павлов, И. П. Бардин, М. К. Курако. Современные доменные печи оснащены системой централизированного управления и контроля, обеспечивающей регистрацию показателей приборов и комплексных показателей работы доменной печи – расхода кокса на 1 т чугуна и суточной производительности доменной печи в тоннах. Применяется дополнительное топливо, что снижает расход кокса и себестоимость чугуна. Усовершенствование конструкции доменной печи направлено на увеличение ее мощности (объема), улучшение подготовки сырья, внедрение новых прогрессивных, высокопроизводительных технологий.

Железнодорожный кран

Железнодорожный кран – стреловой самоходный подъемный кран. Его поворотная часть вместе с кабиной установлена на поворотный круг на автомобильном шасси. Механизм подъема груза – лебедка со стальным канатом, к которому крепится грузозахватное приспособление – крюк. Механизм приводит в движение дизельный двигатель. Управление краном осуществляет крановщик из кабины.

Стреловое устройство с негоризонтальным перемещением грузов, изменение вылета стрелы является установочным движением и осуществляется при ненагруженной стреле. Грузоподъемность железнодорожного крана переменная, и при наименьшем вылете стрелы и применении выносных опор она может быть до 40 т, а у специальных монтажных – до 300 т. Конструкции крана сварные и выполнены из прочных сплавов. Широкое использование кранов налажено в XX в., что связано с потребностью транспорта. Железнодорожные краны используются на перегрузочных, монтажных работах, на железной дороге, для чего могут быть установлены на рельсах. Модификации зависят от грузоподъемности. Основная задача совершенствования конструкции крана – это увеличение его основных характеристик: грузоподъемности, вылета стрелы, маневренности, высоты подъема груза, производительности.

Зубообрабатывающий станок

Зубообрабатывающий станок – металлорежущий станок, на котором обрабатываются зубчатые колеса и рейки – основные детали зубчатой передачи. Зубчатые передачи используются в редукторах и дифференциальных механизмах.

На зубообрабатывающих станках производят черновую и чистовую обработку зубьев, их доводку, закругление, приработку зубчатых колес. Для осуществления этих действий используют зуборезный инструмент. Самые первые металлорежущие станки появились в конце XVIII в. Но широкое их использование и внедрение произошло в середине XIX в. во многих странах Европы и России с ростом промышленного производства.

Современные металлорежущие станки используются на машиностроительных, станкостроительных производствах.

Модификация зубообрабатывающих станков различается по типу применяемого зуборезного инструмента, который осуществляет различную обработку зубчатых колес. Виды зубообрабатывающих станков: зубофрезерные, зубодолбежные, зубострогальные, зубошевинговальные, зубошлифовальные, зубохонинговальные, зубопритирочные, зубообкаточные, зубозакругляющие.

Зубофрезерные станки. Вертикальные, с подвижным столом и неподвижной стойкой или с неподвижным столом и подвижной стойкой. На таких станках нарезают различные зубчатые колеса. Основной зуборезный инструмент этого станка – червячная фреза. Станок позволяет нарезать зубчатые колеса диаметром 2—750 мм и с модулем 0,05—10 мм.

Зубодолбежные станки. Вертикальные, их зуборезный инструмент – долбяк, движущийся возвратно-поступательно параллельно оси заготовки. Нарезание происходит методом обкатки. На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубчатые колеса с прямыми или косыми зубьями, наружного и внутреннего зацепления, блоки зубчатых колес, зубчатые рейки, секторы, шлицевые валики. Диаметры колес 15—500 м с модулем 0,2—6 мм, и диаметры 800—1600 мм с модулем 8—12 мм.

Зубострогальные станки. Обработка зубчатого колеса происходит методом обкатки одним или двумя резцами. На таком станке обрабатывают конические зубчатые колеса с прямыми зубьями. Процесс нарезания идет при движении резцов к вершине конуса заготовки, обратный ход – холостой. Модуль 2,5—25 мм, длина зуба 20—285 мм.

Зубошевинговальные станки. Обработка зубчатого колеса идет бреющим резанием, при взаимном скольжении зацепленных зубьев инструмента, и зубьев обрабатываемого зубчатого колеса, при встречном движении. Направление подачи – параллельное, диагональное и касательное. Зуборезный инструмент – шевер – дисковый, реечный или червячный. Дисковый и реечный предназначены для обработки зубчатых колес, червячный – для червячных.

Зубошлифовальные станки. Различаются по исполнению – с вертикальным или горизонтальным расположением обрабатываемого зубчатого колеса.

Их инструмент – фасонный шлифовальный круг. Шлифование идет методом обкатки. Шлифовальные круги совершают вращательное и возвратно-поступательное движение, обкатываясь по обрабатываемому зубчатому колесу, они своими торцами шлифуют поверхности зубьев.

Зубохонинговальные станки. Их инструмент – зубчатый хон – зубчатое колесо с геликоидальным профилем, из пластмассы, и отделано абразивным порошком, зернистость которого выбирается от требований к шероховатости поверхности. На таких станках уменьшают шероховатость поверхности профиля зубьев. Зубчатый хон устанавливается в центре станка и совершает вращательное и возвратно-поступательное движение вдоль своей оси и оси обрабатываемого зубчатого колеса.

Зубопритирочные станки. Их инструмент – притир – чугунное зубчатое колесо, смазанное смесью мелкого абразивного порошка с маслом. Притир находится в зацеплении с обрабатываемым зубчатым колесом, которое обкатывают тремя притирами. Оси притиров наклонены к оси обрабатываемого зубчатого колеса. Притиры совершают возвратно-поступательное движение. На этих станках осуществляют притирку зубчатых колес после их термической обработки.

Зубообкаточные станки. На них обрабатывают в масляной среде без абразивного порошка незакаленные зубчатые колеса. Инструмент этих станков – изготовленное с высокой точностью закаленное колесо. Оно называется лон. В процессе обкатки сглаживается поверхность зубьев обрабатываемого зубчатого колеса. Но такой способ обработки применяют только для изготовления зубчатых колес, не требующих высокой точности.

Зубозакругляющие станки. Их инструмент – пальцевая коническая фреза, совершающая вращательное и возвратное поступательное движение. На этих станках идет закругление прямых и косых зубьев зубчатых колес наружного и внутреннего зацепления диаметром до 320 мм. В процессе обработки ось инструмента (фрезы) вертикальна, заготовка же наклонена к этой оси под углом 30—45° и закрепляется в приспособлении.

Дальнейшее усовершенствование конструкции зубообрабатывающих станков идет по увеличению их производительности и качества.

Индукционно-плавильная печь

Индукционно-плавильная печь – электротермическое устройство для плавки различных материалов способом индукционного нагрева. Индукционный нагрев осуществляется в теплопроводящих материалах возбуждением в них электрических токов переменным электромагнитным полем. При этом источником электромагнитного поля является нагревательный индуктор – электромагнитное устройство, состоящее из индуктирующего провода, создающего это переменное электромагнитное поле, и токопроводов, при помощи которых индуктирующий провод подключается к источнику электрической энергии. Переменное электромагнитное поле создается токами низкой – 50 Гц, средней – до 10 кГц, и высокой – более 10 кГц частоты. Как правило, для питания индуктора используются машины-преобразователи или ламповые генераторы. Индукционный нагрев – самый совершенный способ передачи электроэнергии и преобразования ее в тепловую энергию.

Индукционные плавильные печи стали применяться в XX в. с развитием промышленного производства.

Модификация индукционной плавильной печи различается по видам: тигельная и канальная.

Тигельная индукционная плавильная печь – это индуктор-соленоид, изготовленный из медной водоохлаждаемой трубки, тигель изготовлен из графита, стали, или других материалов, что зависит от свойств расплава.

Тигельные индукционные плавильные печи используются для выплавки драгоценных металлов, меди, алюминия, магния, стали, чугуна. Емкость тигля может иметь объем от нескольких килограммов до нескольких сотен тонн. Сама печь может быть вакуумной, открытой, компрессионной, газонаполненной. Для питания печей используются токи низкой, средней и высокой частоты.

Канальная индукционная плавильная печь состоит из плавильной ванны и индукционной единицы, состоящей из индуктора, магнитного сердечника и подового камня. Канальные печи отличаются от тигельных тем, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую осуществляется в канале тепловыделения, для этого он постоянно заполнен электропроводящим телом. При первичном пуске канальной печи в производство в канал заливают расплавленный металл. Иногда используют шаблон из того материала, который будет плавиться в печи. Когда плавка завершена, то металл из печи сливают не полностью, оставляя заполненным канал тепловыделения для следующего использования. Конструкция канальной индукционной плавильной печи устроена так, что индукционные единицы являются съемными, это позволяет заменять родовой камень. Канальные индукционные плавильные печи используются для выплавки чугуна, цветных металлов или их сплавов. Основная характеристика индукционных плавильных печей обоих видов – это емкость, которая может иметь объем от нескольких сотен килограммов до нескольких сотен тонн. Питание осуществляется током переменной частоты. Плавку в индукционной плавильной печи характеризуют высокая производительность и высокое качество переплавляемого металла. Поэтому индукционные плавильные печи используют для переплава металлов, для хранения и перегрева жидкого металла перед разливкой. И дальнейшее усовершенствование конструкции индукционной плавильной печи направлено на увеличение ее производительности, качества и использования.

Кабельный кран

Кабельный кран – грузоподъемное устройство для подъема грузов и перемещения их в горизонтальном направлении на расстояние от 100—1500 м. Кабельный кран состоит из двух опор башенного типа. На одной башне находится приводное силовое устройство – электродвигатель, механизм управления – это башня-машина, другая башня – опора на противоположной стороне карьера. Опоры могут быть передвижные или же стационарные. Между этими опорами-башнями натянут канат. По нему на роликах передвигается тележка, оснащенная блоковым подъемным устройством, к ней подвешиваются ковш или вагонетка, на опорах укреплены шкивы, через которые идет другой канат – тяговый, он приводит в движение тележку, канат идет от нее к рабочим тяговым шкивам лебедки. Высота опор может достигать 50 м. Высота подъема груза доходит до 50 м. Пролет – 100—1500 м. Грузоподъемность кабельного крана – 5—50 т. Скорость движения тележки по несущему канату 8—10 м/с. Скорость спуска – 1,5 м/с. Конструкции современных кабельных кранов выполнены из прочных сплавов. Применяются такие кабельные краны на открытых горных разработках руды, угля, камня и на строительных площадках. Модификации кабельных кранов в основном связаны с использованием различных грузозахватных приспособлений и вида опор (передвижных или стационарных), передвижные опоры передвигаются по рельсам, проложенным по обеим сторонам карьера параллельно. Или может применяться также и радиальное перемещение – одна опора неподвижная, другая перемещается по кругу. Если же опоры стационарные, то внутри карьера используется дополнительный транспорт для доставки груза к канату. Дальнейшее усовершенствование конструкции данного крана состоит в увеличении его основных характеристик – грузоподъемности, длины пролета, производительности.

Канатная пила

Канатная пила – машина, применяемая для получения блоков из горных пород, используется для работы в карьерах, на камнеобрабатывающих производствах, для получения изделий из камня. Основное рабочее устройство – стальной канат до 6 мм в диаметре, который режет камень. Канат может иметь длину до 1500 м и двигаться со скоростью более 10 м/с. Канат движется через приводной шкив. А натяжение канату обеспечивает натяжное приспособление. Во время резания под канат все время подается водный раствор абразива. В зависимости от твердости пород как абразив используется кварцевый песок или карборунд. Для твердых пород (гранит) используют карборунд. Для среднетвердых пород (мрамор) используют кварцевый песок. Скорость резания канатом может составить до 15 см/ч. Но она зависит также от твердости породы и качества абразивного материала. По всей длине канат поддерживают ролики. Рабочее движение каната называется пропилом. Пропил делают с помощью пильных стоек, которые имеют устройство, перемещающее ролики. Чем выше пильные стойки, тем больше глубина пропила, как правило, она достигает 3 м. Отличительная особенность канатной пилы в том, что она используется в теплом климате, так как в холодном районе вода замерзает, и это делает невозможной работу. Эффективна канатная пила для добычи мрамора, гранита, а также для изготовления архитектурных изделий сложной конфигурации на заводах по обработке камня.

Такой способ добычи камня известен с древности и успешно применяется и развивается до сих пор. Усовершенствование такого способа направлено на применение новых специальных приспособлений – резцов, закрепленных на канате. Резцы, армированные алмазом, используются для распиловки мрамора, резцы из твердых сплавов – для известняка.

Кантователь

Кантователь – погрузочное устройство, предназначенное для переворачивания изделий. Выполняет работу при транспортировке, упаковке грузов. Такие механизмы используются на складах при упаковке и погрузке штучных грузов, в заводских цехах: литейных, кузнечных.

Различаются по конструкции, зависящей от характера работы и назначения. Например, цепной подвесной кантователь из прямоугольной рамы с электродвигателем, двигатель с редуктором, на его валу смонтировано устройство, осуществляющее движение цепи. Такой кантователь удерживается крюком мостового крана, установленного в кузнечном цехе. На цепи кантователя находится поворачивающаяся поковка, во время движения цепи поковка поворачивается.

Грузоподъемность цепного кантователя 200 т. Кантователь-манипулятор различается по типу крепления и бывает подвесной или напольный.

Подвесной кантователь-манипулятор крепится на тележке, двигающейся по монорельсу, находящемуся под потолочным перекрытием цеха вдоль него. Напольный кантователь-манипулятор – это мост, движущийся на опорах по цеху. Горизонтально по мосту движется специальное устройство – захват.

Оно может двигаться вверх/вниз или поворачиваться вокруг своей оси. Грузоподъемность кантователей манипуляторов различна и составляет от 0,7 до 75 т.

Кантователь – роликовый конвейер. Это переворачивающее устройство состоит из двух таких роликовых конвейеров, которые поворачиваются и принимают горизонтальное положение. Этот кантователь используется для манипуляции рулонами листовой стали.

Кантователь рычажный и поворотная каретка используются во время сварочных работ для сварки балок, рам, емкостей в цехе. Кантователь с выдвижными упорами используется в цехе или складе, выдвижные упоры переворачивают изделия и упаковывают их в коробки или ящики, которые движутся по конвейеру.

Кантователь, оборудованный специальными вакуумными захватами, применяется для работы с плоскими, листовыми деталями, на различных производствах.

Картоноделательная машина

Картоноделательная машина – устройство для производства картона. Это разновидность бумагоделательных машин. Подразделяются на четыре типа: плоскосеточные, круглосеточные, комбинированные, горизонтального формования.

Плоскосеточные машины изготавливают однослойный картон массой до 500 г/м2, их производительность достигает 850 т/сутки картона. Эти машины имеют длину до 170 м, массу 4000 т, мощность около 13 Мвт.

Круглосеточные многоцилиндровые машины производят многослойный картон массой до 600 г/м2, рабочее, формующее устройство этих машин – полые цилиндры до 1,5 м в диаметре, сделанные из металлической сетки. Принцип работы основан на вращении цилиндров, находящихся в ваннах. В ванны поступает волокнистая масса, и вода проходит через сетку. Внутри волокна остаются на сетке цилиндра и образуют слой картона массой до 100 г/м2. Отдельные слои соединяются в полотно картона. Эти машины вырабатывают слоистый картон, наружные и внутренние слои его из разных материалов: макулатуры, древесной массы. Круглосеточная машина имеет предварительную и главную прессовую часть, оборудованную различным числом пар валиков – прессов. Ее производительность до 500 т/сутки картона.

Комбинированные машины изготавливают картон для односторонней или двухсторонней литографии массой до 500 г/м2. Эти машины имеют комбинированную формующую часть: плоские сетки и круглосеточные цилиндры. Картон соединяется на плоской сетке перед Гауч-валом. Производительность комбинированных машин – 300 т картона.

Картоноделательные машины с горизонтальным формованием имеют сеточную часть из одной нижней и нескольких верхних сеток, расположенных друг за другом. Волокнистая масса проходит между нижней и верхней сеткой. Количество сеток определено числом слоев картона. Производительность этих машин составляет 350 т/сутки.

Ковочные машины

Металлообрабатывающие машины: способ действия – ковка, штампование. Машины различаются по характеру движения рабочего устройства, которое зависит от вида обрабатываемого материала. Машины бывают: горизонтально-ковочные, вертикально-ковочные, ротационно-ковочные, ковочные вальцы.

Горизонтально-ковочные машины

Принцип их действия основан на горизонтальном движении рабочего устройства, жестко связанного с кривошипным механизмом. Рычажно-кулачковый механизм осуществляет работу вспомогательных устройств машины.

Вертикально-ковочные машины

Их способ действия основан на вертикальном движении рабочего устройства и не связан жестко с кривошипным механизмом.

Вращение передается ползуну от эксцентрикового колеса через промежуточную деталь – мотыль. Пружины прижимают ползуны к мотылю, под их действием ползуны и совершают рабочий ход. Вертикально-ковочные машины выполняют действия ковки: протяжку, обжимку, обкатку. Применяется нагрев обрабатываемых изделий. Эти машины вырабатывают различные по назначению и размеру изделия: заготовки зубил, ножей, крюков, винтов, топоров.

Ротационно-ковочные машины

Способ их действия основан на вращательном движении рабочего устройства с инструментом, который не связан жестко с кривошипным механизмом. Эти машины выполняют обжимку изделий цилиндрической формы – прутов, труб. Вращение от приводного вала передается ползуну через промежуточную деталь – цилиндрическую обойму. Внутри обоймы находится шпиндель с радиальными пазами снаружи – ролики. В пазах шпинделя расположены ползуны со штампами. Обойма может быть неподвижной, но с вращающимся шпинделем. Или применяется вращающаяся обойма и неподвижный шпиндель. Частота вращения обоймы или шпинделя достигает 500 об/мин.

Ковочные вальцы

Промежуточные машины между кузнечными и прокатными станами.

Они во много раз производительнее кузнечных штамповочных машин. Ковочные вальцы используются для формования изделий без переходов и изменений поперечных сечений: гаечных ключей, ручек, зубьев, лопаток турбин. Принцип действия основан на прохождении заготовки через сменные сектора, укрепленные на вращающихся валках при помощи механизмов, перемещающих материал из одного углубления в другое. Эти углубления находятся на поверхности секторов и предназначены для придания заготовке заданной формы. Привод от электродвигателя. Машина оборудована регулируемыми упорами, фиксирующими длину изделия. Ковка как способ обработки металла была известна с древности, в IV—III тысячелетии до н. э. Материалом служили железо, медь, серебро, золото. Ковка применялась горячая и холодная. Ковка использовалась для получения различных изделий: инструментов, оружия, орудий сельского хозяйства, деталей, светильников и др. Изделия были различных размеров и форм, часто украшались насечкой, рельефными узорами. Также широко ковка применялась и в Средние века и до сих пор сохранена как вид народного искусства. Впервые теория ковки была разработана в России в 1868 г. Ученые, работавшие в этой области: П. П. Аносов, Д. К. Чернов. Процесс ковки, как правило, происходит с нагревом металла, для повышения пластичности. Температура нагрева зависит от структуры материала. Для стали – 800—1100 °С, для алюминия – 420—480 °С. Ковка бывает свободная – без штампов и со штампами. Различие состоит в том, что при штамповании заготовка металла получает форму, ограничивающую его стенками рабочей плоскости. При свободной ручной ковке на заготовку воздействуют молотом. Машинную ковку осуществляют ковочные машины. На современном производстве в основном применяют ковку в штампах. Свободная ковка используется на малых производствах для изготовления отдельных изделий. Ковка происходит специальными кузнечными инструментами, придающими заготовке металла заданную форму. Виды ковочных работ: осадка, обкатка, высадка, протяжка, раскатка, прошивка. Современная ковка – это экономичный и эффективный способ, осуществляющийся на ковочно-гидравлических процессах с усилением до 300 Мн (20 000 тс). При обработке тяжелых изделий массой 350 т и более применяют подъемные краны, мостовые или поворотные.

Дальнейшее развитие в использовании ковочных машин направлено на использование новых технологических процессов для формовки особо прочных материалов или сплавов.

Козловый кран

Подъемный кран представляет собой мост на жестких опорах (козлах), которые передвигаются по рельсовому пути. Грузозахватное приспособление – крюк. В качестве грузовой тележки иногда применяются самоходные электрические тали. Иногда используют козловые краны сразу с двумя тележками при монтаже крупных изделий в судостроении, это дает возможность кантовать груз на весу. Пролет крана (т. е. расстояние между опорами) общего назначения, передвигающегося по рельсам, как правило, 40 м, в судостроении – до 170 м. Грузоподъемность до 3—50 т, но на электростанциях и в судостроении применяются краны грузоподъемностью 400—800 т. Но при использовании сразу двух тележек грузоподъемность может составлять 1600 т. Скорость передвижения крана – 20—100 м/мин – это его рабочее движение. Козловый кран – это неповоротный кран с горизонтальным перемещением грузов, как и все краны мостового типа. Высота подъема груза зависит от высоты опор, которая может быть различной и зависит от конструкции и назначения крана. Механизм привода крана – электродвигатель. Конструкции крана сварные, выполнены из прочной стали. Производство и широкое применение козловых кранов налажено с середины XX в., что связано с растущими потребностями таких отраслей, как судостроение, транспорт, строительство, обслуживание электростанций. Козловые краны используются для перегрузочных и монтажных работ в судостроении, на складах, на электростанциях, для перегрузки штучных грузов, лесных грузов, контейнеров, для секционного монтажа. Модификация кранов зависит от грузоподъемности, длины пролета, что продиктовано их применением. На электростанциях и в судостроении используют более грузоподъемные краны с двумя тележками. При малых грузах вместо грузовой тележки применяют самоходные электрические тали. Для перегрузки штучных грузов используют пневмоколесные козловые краны, их опоры установлены на пневмоколесах. Их пролет составляет 6—15 м, а грузоподъемность небольшая: 15—30 т. Рабочая скорость движения – 8 км/ч. Краны, используемые в строительстве, имеют переменное место работы и являются самомонтирующимися. Дальнейшее усовершенствование конструкции кранов состоит в увеличении грузоподъемности, длины пролета, высоты опор, производительности.

Кольцевая печь

Кольцевая печь – оборудование металлургической промышленности, в ней нагреваются заготовки при прокатке трубы, колеса и различные металлические изделия. Печь имеет вращающийся под, на котором расположены нагреваемые изделия, неподвижный кольцевой канал. Печь имеет также специальные окна, через которые в нее загружают и получают изделия. Этот процесс выполняют погрузочно-разгрузочные машины. Пространство внутри печи называется рабочим пространством, его разделяет жаростойкая перегородка между окнами. Водяные затворы уплотняют кольцевые щели между неподвижной частью и подом, который вращается на опорных рамках при помощи электрического привода. Кольцевая печь отапливается жидким топливом или газом. Небольшие печи имеют постоянную температуру и одно окно для загрузки и выгрузки изделий. Первая кольцевая печь появилась в России в 1924 г., конструктор Н. Д. Булин. Современные печи имеют разные габариты и производительность. При диаметре 30 м ширина пода составляет 6 м, производительность – до 75 т/ч.

Координатно-расточный станок

Координатно-расточный станок – металлорежущий станок, обрабатывающий отверстия и плоскости с особо точным расположением центров. Используется также для обработки поверхностей без применения специальных приспособлений для направления инструментов. На координатно-расточном станке для точного измерения размеров имеются устройства с жесткими или регулируемыми концевыми мерами, индикаторные датчики, ходовые винты с лимбами и нониусом, масштабные валики с оптическими измерительными приборами. На координатно-расточном станке режущий инструмент и изделия перемещаются взаимно в прямоугольных координатах (точность линейных перемещений до 2 мкм) и в полярных координатах (точность угловых перемещений до 5 мкм). Конструкция станка обеспечивает плавную передачу движения и балансировку вращающихся деталей, что способствует уменьшению вибрации. Такие станки находятся в специальных изолированных помещениях, где поддерживается постоянная температура 20 °С, что необходимо для точной работы станка. Работает на таком станке высококвалифицированный рабочий. Координатно-расточные станки современного вида появились в XX в. с развитием станкостроения, параллельно с производством металлорежущих станков. Конструкции и оснащение координатно-расточных станков выполнены из высококачественных сплавов. Станки используются при изготовлении измерительных приборов, режущих инструментов, штампов, кондукторов, особо ответственных деталей машин и приборов в мелкосерийном производстве. На станках осуществляются сверление, фрезерование, развертывание, растачивание и другие виды обработки.

Модификации координатно-расточного станка различаются по конструкции. Двухстоечные станки (портальные) – со столом, с одним перемещением, и одностоечные станки – со столом, имеющим два перемещения. У двухстоечных станков шпиндельная головка движется горизонтально по перечине, перемещающейся вертикально. У одностоечных станков шпиндельная головка движется только вертикально. Дальнейшее развитие конструкции координатно-расточного станка направлено на увеличение скорости точности и качества обработки деталей и поверхностей.

Кузнечно-штамповочные машины

Кузнечно-штамповочная машина – машина для обработки заготовок или металла способом штамповки. Штамп – это замкнутая полость по форме заданной детали, образованная из верхней и нижней частей. Прототип штамповки – чеканка – была известна во многих странах с древности. Но в конце XVIII – начале XIX в. с развитием промышленности началось применение штамповки, и еще большее ее распространение произошло в середине XX в. Штамповка во много раз производительнее и экономичнее ковки. Она применяется в машиностроении, радиоэлектронной промышленности и других областях производства. При штамповке больше процент использования металла. Штамповка различается по типу оборудования, технологии и формы заготовки и бывает объемной или листовой, с нагревом или без нагрева. Для штамповки используются кузнечно-штамповочные машины. На них получают изделия из проволоки, прута, листа, полосы. Движения всех устройств машины осуществляются в автоматическом цикле и взаимосвязаны без влияния человека. Кузнечно-штамповочные машины по характеру обработки и виду материала различаются по группам: для холодной штамповки, для горячей штамповки, для повторной высадки, для штамповки листов, накатки резьбы, изготовления пружин и другие специальные. Кузнечно-штамповочные машины обрабатывают заготовки, детали, полуфабрикаты, заготовки изделий: ролики, шарики, кольца, подшипники, фурнитуру, детали приборов и машин. С точностью 2 и 3 классов и чистой 6—10 классов. Способом холодной штамповки обрабатывают более мелкие детали. Горячая штамповка используется для обработки больших изделий, но точность и чистота при ее применении ниже, чем при холодном штамповании. Наибольшее усилие машины для штамповки доходит до 40 000 кн (4000 тс). Производительность различается от способа штамповки и вида изделий и составляет 16—2200 штук в минуту. Но особо прочные сплавы штампуют способом горячей штамповки на гидравлических прессах – это изотермическая штамповка. Тонкий листовой материал менее 4 мм штампуют без нагрева, толстый листовой материал более 4 мм нагревают. Полученные детали отличаются точностью размеров. В середине XX в. стали применяться новые технологии и способы штампования: высокоскоростная штамповка до 60 м/с, электромагнитная формовка, вырабатывающая 600 штук изделий за час. Увеличивается производство и самих кузнечно-штамповочных машин, и в конце XX в. оно составляло до нескольких десятков тысяч штук в год. Применяются способы обработки трудно формирующихся титановых, вольфрамовых сплавов, жаропрочных сталей, керамики, разнородных соединений.

Кран судовой (плавучий кран)

Судовой кран (плавучий кран) – грузоподъемная машина, установленная на судах. Как правило, такой кран бывает стационарным, поворотным, стреловое устройство его с горизонтальным перемещением груза, так как изменение вылета стрелы является рабочим движением. Механизм подъема груза – лебедка и стальной канат, грузозахватное приспособление – крюк, грейфер. Вылет стрелы – до 16 м. Грузоподъемность – 1—16 т. Конструкции крана сварные, выполнены из прочной стали. Но подъемный кран может находиться не только на судне, но и на отдельном специальном понтоне, и быть или несамоходным (тогда его буксирует судно), или самоходным, со скоростью движения около 10—15 км/ч. Конструкция такого крана состоит из верхнего строения – самого подъемного крана, и понтона, с помощью которого кран находится на плаву. Конструкция крана различна. Она бывает универсальной – поворотной и неповоротной – мачтовой, козловой. Неповоротные плавучие краны имеют вылет стрелы до 25 м, их грузоподъемность – до 1500—2500 т. Поворотная часть плавучих кранов такая же, как у портальных, их грузоподъемность – до 25 т, вылет стрелы – до 35 м. Но некоторые самоходные поворотные плавучие краны имеют вылет стрелы до 60 м и грузоподъемность до 350 т. Механизм подъема грузов у любых судовых или плавучих кранов – это лебедка, стальной канат, к которому прикреплено грузозахватное устройство – крюк, грейфер. Механизм передвижения плавучего крана – это плавающий понтон (самоходный или несамоходный). Управление краном осуществляется из кабины. Стреловое устройство плавучих и судовых кранов с горизонтальным перемещением грузов, так как их рабочее движение – это изменение вылета стрелы. Механизм привода – электрический двигатель. Конструкции кранов сварные, выполнены из прочной стали. Производство плавучих и судовых кранов и их широкое применение налажено с середины ХХ в., что связано с потребностью производства с ростом мощности портов. Судовые краны используются для перегрузочных работ непосредственно на судне, плавучие краны применяются для работы, производимой на плаву, для производства строительно-монтажных работ в судостроении. Модификация кранов, их характеристики – грузоподъемность, вылет стрелы – зависят от области применения. Для штатных перегрузочных работ применяют, как правило, несамоходные плавучие краны грузоподъемностью до 25 т и с вылетом стрелы до 35 м. Для монтажных работ в судостроении применяют, как правило, самоходные краны грузоподъемностью до 350 т и с вылетом стрелы до 60 м. Для подъема особо тяжелых грузов и выполнения специальных перегрузочных работ применяют неповоротные плавучие краны грузоподъемностью до 1500—2500 т и с вылетом стрелы до 25 м. Основная задача совершенствования конструкции таких кранов – это увеличение грузоподъемности и других основных характеристик – длины вылета стрелы, высоты подъема груза, применения системы гашения колебаний груза, повышения производительности, расширения сферы использования.

Кран-укосина

Кран-укосина – настенный поворотный подъемный кран. Как правило, выполняется в виде треугольной фермы. Укосина крепится на верхней и нижней опоре. На верхнем конце фермы находятся блоки для грузоподъемного каната. Вылет может быть изменен при помощи специального механизма. Также кран может иметь и поворотный механизм. Грузоподъемность крана невелика – 5 т, поэтому их используют для перегрузочных работ в небольших цехах, на складах. Конструкции современных кранов выполнены из прочных сплавов. Модификация – это использование различных механизмов для подъема груза, поворота и изменения вылета. Дальнейшее усовершенствование данной конструкции направлено на увеличение грузоподъемности и длины вылета, повышение производительности.

Мостовой кран

Мостовой кран – грузоподъемная машина, выполненная в виде моста – опорного или подвесного. Конструкция балочного или ферменного типа. Мостовой кран движется по подкрановым рельсам вдоль цеха или грузовой площадки. По посту перемещается крановая тележка с грузозахватным приспособлением – как правило, это грейфер-крюк или магнит. Мостовой кран является неповоротным, катучий мост движется по рельсам, которые находятся на стене здания или на специальной эстакаде. В грузовой тележке расположена лебедка. У некоторых конструкций мостовых кранов тележка имеет поворотную стрелу. Стреловое устройство с горизонтальным перемещением грузов. Пролет – расстояние между осями подкрановых рельсов – может быть 50—60 м. Высота подъема грузов – 40—50 м, скорость движения моста – 30—160 м/мин, скорость движения грузовой тележки – 10—60 м/мин, подъема груза – 60 м/мин. Мостовые краны обладают большой грузоподъемностью, она достигает до 500—600 т. Иногда на мосту располагаются две грузовые тележки на одном или двух путях. Механизм привода крана – электродвигатель. Управление краном осуществляется дистанционно по проводам. Конструкции мостовых кранов сварные, выполнены из прочной стали. Производство и широкое использование мостовых кранов налажено с середины XX в., что связано с ростом промышленности и производства. Мостовые краны применяются в производственных цехах, электростанциях, складах, как закрытых, так и открытых. Модификацией мостового крана является мостовой перегружатель, он используется на складах угля, в портах, электростанциях, на промышленных предприятиях. Грузозахватное приспособление такого мостового перегружателя – грейферный захват, его грузоподъемность составляет 15—30 т, скорость передвижения грузовой тележки с грейфером – 160—360 м/мин, скорость подъема груза – 60—70 м/мин. В час такой перегружатель может обработать от 500—1000 т груза. Иногда в грузовой тележке устанавливается поворотная стрела с вылетом 3—6 м. Такой мостовой перегружатель с поворотной стрелой имеет грузоподъемность 10—20 т. Скорость движения крана по верхним поясам моста – 120—180 м/мин. Мостовой перегружатель может быть оборудован и крюком для захвата груза – его грузоподъемность достигает 300 т. Оригинальной модификацией мостового перегружателя является радиальный мост, у него одна опора неподвижная, другая движется по кольцевому пути, такие мосты используются в складах, имеющих круглую форму. Пролет моста – до 120 м, длина консоли – до 50 м. Время подъема – 5—10 мин. Основная задача усовершенствования конструкции мостовых кранов – это увеличение грузоподъемности, скорости работы, использование автоматических систем управления.

Кран-балка – это модификация мостового крана. Тельфер передвигается по балке, опирающейся на рельсы ходовыми колесами. Рельсы расположены на верхних полках подкрановых балок, находящихся под потолком. Но есть конструкции крана-балки, у которых колеса опираются на нижние полки подкрановых балок. Это подвесные (катучие) краны.

Кран-балка может быть однопролетным – шириной 6—15 м и многопролетным – до 100 м. Механизм привода – электродвигатель. Управление краном осуществляется дистанционно по проводам или из кабины, находящейся на ездовой балке, грузоподъемность кран-балки – до 1—5 т. Такие краны используются в основном в цехах, на складах. На судах кран-балка применяется для подъема и спуска становых якорей.

Кран-штабелер – также модификация мостового крана. Его грузовая тележка имеет поворотную колонну, по которой движется специальный вилочный захват, несущий на поддоне груз. Такой кран используется для укладки и разбора пакетных штабелей.

Металлургический мостовой кран имеет специальные грузозахватные устройства, что позволяет его использовать в металлургических цехах. Наименование таких кранов – литейные, колодцевые, завалочные.

Ротационная печатная машина

Печатная машина используется в полиграфии для печати книг, газет, листовой продукции (плакаты, этикетки) – это наиболее высокопроизводительное печатное оборудование. Основные рабочие устройства: печатный аппарат для переноса краски с формы на бумагу, красочный аппарат, который наносит краску на форму, бумагопроводящее устройство, подающее бумагу к печатному аппарату, и устройство, выводящее оттиски из системы, принимающее и обрабатывающее отчитанную продукцию. Механизм привода – электрический. Форма закреплена на цилиндрической поверхности (формном цилиндре), бумага расположена на печатном цилиндре. Переход краски с формы на бумагу осуществляется в зоне контакта печатного и формного цилиндра. Машина может быть листовой или рулонной в зависимости от вида подаваемого материала – отдельные листы бумаги или бумажная лента-рулон. Листовые ротационные машины используются для печати высококачественной многокрасочной продукции для всех основных способов печатания: высокого, глубокого, офсетного. Скорость работы – до 7500 листов в час. Формат листов 70 × 100, 84 × 108 см.

Рулонные ротационные печатные машины используются для печати книжно-журнальной и газетной продукции, также для высокого, глубокого и офсетного способов печатания. Производство печатных машин было начато в Германии в начале XIX в. В Россию печатные машины ввозились из-за границы. Но после революции потребности развивающейся страны в книжно-журнальной продукции способствовали созданию собственной печатной техники. Первая ротационная печатная машина в России была выпущена в 1932 г. на заводе им. М. Гельца в Ленинграде. Это была малоформатная машина. Первая тяжелая газетная ротационная машина «Комсомолец» была выпущена 7 ноября 1932 г. Рыбинским заводом. В дальнейшем печатные машины стали выпускать заводы в Киеве, Харькове, Ростове, Ромнах, Ейске. Среди зарубежных стран производителями печатного оборудования являются США (фирмы: «Миле-Госс-Декстер», «Харрис-интертайп», «Элтра», «Американ тайп фаундерс К»), Германия (фирмы: «Кениг унд Бауэр акциенгезельшафт», «Машинен Аугсбург-Нюрнберг», «Шнельпрессенфабрик акциенгезельшафт Гейдельберг»), Великобритания (фирмы: «Интертайп Лтд», «Монотайп Лтд») и также Япония, Франция, Швейцария, Швеция, Италия.

Модификации ротационной печатной машины в основном зависят от вида подаваемой бумаги – лист или рулон. В листовой машине в красочном аппарате имеется большое количество резиновых валиков и металлических цилиндров, они, перемещаясь в осевом направлении, раскатывают краску и наносят ее на форму равномерным слоем. В зависимости от числа печатающих секций машины могут быть одно-, двух– или четырехкрасочными. И лист передается от одной секции к другой, и на каждой секции на оттиск наносится следующая краска. Есть печатные машины с планетарным печатным аппаратом, в них несколько формных цилиндров контактируют с одним печатным цилиндром. В листовых ротационных машинах печатной формой является стереотип или гальваностереотип, или полноформатные гибкие формы из фотополимеров или микроцинка. Самые распространенные из листовых машин – это машины для офсетной печати – ПОЛ-70, ПОЛ-84. Формный цилиндр имеет увлажняющий аппарат, наносящий слой раствора на пробельные элементы формы. Офсетный цилиндр покрыт прорезиненным полотном, и на него переходит слой краски с формы, в зоне контакта с печатным цилиндром краска переходит на бумагу. В четырехкрасочной машине ПОЛ-70 цепной транспортер передает листы бумаги от секции к секции. Но листовые машины в своем применении ограничены. Рулонные машины более распространены, так как они печатают широкий спектр полиграфической продукции. По своему назначению рулонные машины бывают книжно-журнальные или газетные. Выпускают рулонные машины для высокой, глубокой и офсетной печати. Газетные машины с шириной бумаги 1680, 840, 420 мм, окружность цилиндра – 1188 мм, максимальная скорость печати – 30 тыс. об/мин, широко распространены рулонные машины офсетной печати для печатания книжно-журнальной продукции. Эти машины имеют четырехцилиндровый печатный аппарат. И между двумя офсетными цилиндрами проходит бумага, на которую одновременно с двух сторон наносятся изображения формата оттиска 700 × 920, 546 × 840, 840 × 1092 мм. Максимальная скорость – до 30 тыс. об/мин. Рулонные офсетные ротационные машины используются для печати высококачественной иллюстрированной продукции.

Дальнейшее развитие конструкции ротационных машин направлено на увеличение скорости работы машины, форматов бумаги, качества печати, создание многокрасочных машин, способных изготавливать продукцию за один цикл.

Наборная машина

Наборная машина – устройство для изготовления текстовой части печатной формы в полиграфии. Способ набора текста: на машине происходит вывод нужного знака в рабочее положение, размещение и воспроизведение изображения знака в строке заданного формата согласно содержанию текста и его оформлению, получение строк одинаковой длины.

Первые наборные машины, механизировавшие набор текста, появились в Европе в начале XIX в. В 1822 г. в Англии У. Черч создал первую наборную машину с клавиатурой. В 1866 г. в России П. П. Княгининский построил первую литеронаборную машину с программным управлением от перфоленты. Первые фотонаборные машины появились также в конце XIX в. Их появление связано с необходимостью механизировать процесс набора текста, что связано с увеличением выпуска печатной продукции во всех странах. В России такие машины стали выпускать с начала 1930-х гг., что связано с развитием собственного полиграфического машиностроения. В наши дни машины выпускаются ведущими фирмами США, Германии, Японии, Швейцарии, Великобритании, Франции.

Модификации наборных машин различаются по способу формирования изображения. Три основных вида наборных машин: наборно-литейные, наборно-пишущие, фотонаборные. Наборнолитейные машины получают текстовые изображения в виде знаков с рельефной печатающей поверхностью из типографского сплава. Такие машины используются для изготовления форм высокой печати. Тип наборно-отливных машин включает машины-линотипы (строкоотливные) и машины-монотипы (буквоотливные). Наборно-пишущие машины получают изображение текста в виде оттисков на пленке или бумаге с использованием побуквенной печати. Такие машины используются для изготовления форм офсетной печати при небольших тиражах изданий, не требующих особо качественного оформления. Фотонаборные машины используются в офсетной печати. Они более производительны. Буквы текста воспроизводятся фотографическим путем на фотопленке или фотобумаге. Полученные текстовые диапозитивы используются для получения печатных форм. Широкое применение имеют фотонаборные машины с электронно-механическим устройством системы с электронно-лучевыми трубками. Фотонаборные системы воспроизводят знаки и строки на экране и проецируют их на фотоматериал. Наиболее известные марки фотонаборных машин – «Фотон» (Великобритания), «Фотосеттер» (США), «Линофильм-Европа» (Германия), «Линотрон» (Великобритания), «Дигисет» (Германия), ФА-500 (Россия). Основные характеристики любых наборных машин – это ассортимент знаков для набора, диапазон кеглей (высота знаков), диапазон форматов (длина строки), возможность набора формул и таблиц. Эти характеристики определяют использование этой модели наборной машины, некоторые типы машин изготавливают отдельные элементы наборной формы, наборные линейки и пробельный материал, специальные крупнокегельные машины используются для набора заголовков, шрифтолитейные машины изготавливают шрифты для ручного набора. Наборные машины по типу механизации процесса бывают полуавтоматические и автоматические. На полуавтоматической машине наборщик набирает текст на клавиатуре. Автоматические машины набирают текст на основе программы с носителя информации. Оператор-наборщик работает на клавиатуре программирующего устройства – подготавливает программу. При наборе текста с использованием ЭВМ применяются читающие автоматы. Современные наборные автоматы производят набор более 1000 знаков в секунду. Дальнейшее развитие наборных машин направлено на создание автоматических систем переработки текстовой информации, систем с использованием голографии и лазерной техники.

Пакетоформирователь

Пакетоформирователь – машина для формирования пакетов из штучных грузов и их упаковки – часть автоматизированной линии, завершающей технологический процесс. Такие машины сильно различаются по конструкции, которая зависит от вида и размеров груза. Машины бывают с вертикальным, горизонтальным и комбинированным формированием. Но, как правило, в конструкцию такой машины входят: рама, распределитель, накопитель, конвейеры – формирующий, выдающий, отводной, укладчик, устройство, поднимающее и опускающее пакеты. Первые такие пакетоформирующие машины появились в середине XX в. и в России, и в зарубежных странах. Современные машины производительностью до 2000 штук в час работают на промышленных предприятиях в разных отраслях. Они формируют пакеты для штучных, листовых, сыпучих грузов, которые собираются согласно схеме укладки. Пакетоформирующие машины различаются по способу работы, по виду тары, по размеру груза. По способу работы машины бывают полуавтоматические и автоматические. Тара – жесткая, полужесткая или мягкая; также бывают и бестарные грузы – прокат, листы, пиломатериалы. Формирование бывает ручным или с программным управлением – это зависит от типоразмера груза. Иногда используются дополнительные поддоны или прокладки, на которых происходит формирование пакета. Процесс формирования начинается с поступления груза на конвейер машины, откуда он подается в накопитель и где из штучных грузов получается слой; каретка конвейера сдвигает этот слой на укладчик. Когда уложен последний слой, то пакет направляется на выдающий конвейер. Система управления может быть настроена на формирование пакетов для различных по размеру грузов. Дальнейшее усовершенствование конструкции пакетоформирующих машин направлено на разработку типовых структурных схем пакетов, унификацию размеров тары, использование новых технологических процессов, конструирование и внедрение универсальных пакетоформирующих машин.

Перегонный аппарат

Перегонный аппарат – устройство для разделения жидких смесей на фракции методом простой дистилляции. Процесс дистилляции основывается на разнице температур кипения различных компонентов смеси. Простая дистилляция происходит при частичном испарении кипящей жидкой смеси и непрерывной конденсации паров. В парах кипящей жидкой смеси находятся низкокипящие компоненты, и конденсат – дистиллят – ими обогащается, а жидкость – кубовой остаток – обедняется ими. Способ работы перегонного аппарата таков: смесь доводят до кипения в кубе, пары отводят в конденсатор – холодильник. Чтобы более полно разделить однородные жидкие смеси на компоненты, применяют ректификационные колонны. Различные модификации перегонных аппаратов используют в лесохимической и пищевой промышленности, при переработке нефти. Перегонка нефти – начальный процесс ее переработки – осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах. Устройства по перегонке нефти появились в XX в. с развитием нефтедобычи. Перегонка нефти основана на том, что при ее нагреве образовавшая паровая фаза по своему составу отличается от жидкости. Фракции, полученные в результате нефтеперегонки, – это смеси углеводородов. Нефтеперегонка идет методами или однокатного, или постепенного испарения. При равновесной дистилляции разделение на фракции идет менее четко, чем с простой перегонкой. В промышленности использование обоих методов позволяет на перегонных установках получать высокочеткое разделение нефти. Дальнейшее совершенствование таких устройств связано с увеличением эффективности и производительности их работы.

Перегружатель

Перегрузочный мостовой перегружатель. Это подъемный кран мостового типа, имеет вид моста, опирающегося на две опоры. Опоры движутся по рельсовому пути. Вдоль пролета движется грузовая тележка или поворотный стреловой кран с грузозахватным приспособлением – грейфером. Пролетное строение может иметь одну или две консоли, одна из которых подъемная. Иногда грузозахватными устройствами являются электромагниты. Перемещение грузов горизонтальное. Механизм привода – электродвигатель. Управление перегружателем осуществляет машинист из кабины, находящейся на грузовой тележке. Перегружатель снабжен предохранительным устройством от действия ветра. Конструкции сварные, выполнены из прочной стали. Также в конструкции перегружателя учтена возможность деформации от погодных условий и перекосов пролетного строения относительно опор при движении перегружателя. Широкое применение и производство перегружателей налажено в середине XX в., что связано с ростом потребности различных отраслей производства. Такой мостовой перегружатель используется для перегрузки сыпучих грузов – уголь, руда – и штучных на открытых складах, портах, грузовых дворах железной дороги. Модификации перегружателей зависят от грузоподъемности, использования различных грузозахватных устройств, разновидностей в конструкции, что связано с их назначением и использованием. Грузоподъемность грейферного перегружателя – от 5 до 30 т. Длина пролетов – до 120 м, длина консолей – до 50 м. Скорость движения грузовой тележки – до 360 м/мин, скорость движения перегружателя – 10—30 м/мин. Производительность грейферного перегружателя – 500—1000 т/ч и даже более. Перегружатель стреловой с краном имеет грузоподъемность 10—20 т. Крюковой перегружатель для штучных грузов может иметь грузоподъемность до 300 т. Скорость движения крана – 120—180 м/мин. Для увеличения производительности перегружателя его снабжают ленточным конвейером, что сокращает его пробеги.

Конвейер загружается краном. Установочное движение моста 10—30 м/мин. Основная задача усовершенствования конструкции перегружателей – это увеличение его основных характеристик: грузоподъемности, производительности, высоты подъема груза, длины пролета, маневренности, точности работы, использование автоматических грузозахватных устройств и систем управления, снижение собственной массы и повышение надежности в эксплуатации.

Передвижной башенный кран

Практически любой башенный кран – это передвижной кран. Башенный кран на автомобильном или гусеничном ходу – это самоходный кран. Башенный кран, применяемый в строительстве и в судостроении, также передвижной. Его передвижение осуществляется по рельсам, проложенным на строительной площадке. Перевозка такого крана с одного строительного объекта на другой осуществляется автотранспортом. Для этого конструкции крана предусмотрены сборными, и на новом строительном объекте осуществляется их монтаж. Конструкции крана сварные, выполнены из прочных сплавов. В судостроении подъемные башенные краны передвигаются на эстакадах. Управление работой такими кранами происходит из кабины крановщика. Стрелы передвижных башенных кранов могут иметь разную длину и быть сменными, что зависит от груза и применения. Механизм подъема груза – грузовая лебедка, стальной канат и прикрепленное к нему грузозахватное устройство – крюк или грейфер. Вылет стрелы различный – 40, 50 м. Грузоподъемность строительных кранов – 75 т, судостроительных – 100 т. Движение башенного крана по рельсам осуществляется при помощи электрического двигателя. Любой башенный кран, имея большую высоту своей башни, снабжается предохранительными устройствами механизмов передвижения – ограничителями хода – концевыми упорами, устройствами от действия ветра. Стреловое устройство таких кранов – с горизонтальным перемещением грузов, так как их рабочим движением является изменение длины вылета стрелы. Производство таких кранов и их широкое применение налажено с середины ХХ в., что связано с ростом промышленного производства. Модификации таких передвижных кранов – это различные характеристики грузоподъемности, вылета стрелы, конструкции самой башни крана, которая бывает телескопической, что зависит от области их применения. Основная задача совершенствования конструкции таких подъемных кранов – это увеличение их грузоподъемности, вылета стрелы, высоты, на которую поднимают груз, увеличение маневренности, повышение их производительности, повышение точности работы, так как управление краном осуществляется из кабины, находящейся на большой высоте, создание систем автоматического колебания груза, уменьшение собственной массы крана.

Пневмоколесный кран

Пневмоколесный кран – стреловой самоходный подъемный кран. Поворотная часть его вместе с кабиной установлена на поворотный круг на специальном шасси. Механизм подъема грузов – лебедка со стальным канатом, к которому крепится грузозахватное приспособление – как правило, крюк. Механизм передвижения – двигатель автомобиля. Управление краном осуществляется из кабины. Стреловое устройство с негоризонтальным перемещением грузов. Длина стрелы может достигать 60—100 м, если груз надо поднять на большую высоту. Скорость подъема до 5—25 м/мин, скорость вращения – 1—4 об/мин, скорость передвижения крана во время работы – 1—10 км/ч. Грузоподъемность переменная и может достигать до 200 т или даже (у специальных пневмоколесных монтажных кранов) – до 600 т. Пневмоколесные краны, имеющие большую грузоподъемность, монтируются на прицепах с тягачами. Конструкции крана выполнены из прочной стали. Широкое применение пневмоколесных кранов налажено в XX в., что связано с ростом производства. Такие краны используются для монтажных и перегрузочных работ в строительстве, на транспорте, на промышленных предприятиях. Модификации зависят от вида грузозахватного приспособления и от грузоподъемности. Основная задача совершенствования конструирования – увеличение основных характеристик – грузоподъемности, вылета стрелы, высоты подъема груза, маневрености, расширение сферы использования, увеличение их производительности и точности работы.

Погрузчик

Погрузчик– погрузочная самоходная машина, выполняющая действия захвата, подъема, транспортирования и укладки грузов в штабели, отвалы или транспортные средства для дальнейшего хранения или транспортировки. Погрузчик имеет вид автомобиля или трактора на колесном или гусеничном ходу. Рабочее оборудование погрузчика – это сменные грузозахватные приспособления – ковши, вилы, конвейеры. Механизм привода – электромеханический, электрогидравлический, механический. Управление работой по перегрузке осуществляет водитель из кабины. Погрузчики бывают различных видов: универсальные (общего назначения) для выполнения перегрузочных работ в различных отраслях, имеющие смежное рабочее оборудование (до 40 видов), и специальные погрузчики, используемые в особых условиях, например в шахтах с определенными грузами. Оборудование погрузчиков смонтировано и установлено на специальном шасси, или шасси колесных тягачей, автомобилей, тракторов. Конструкции выполнены из прочных сплавов. Производство и широкое использование современных погрузчиков налажено с середины XX в. Это связано с потребностями различных отраслей хозяйства, где эти погрузчики используются. Применяют погрузочные машины на складах, в цехах, в шахтах, строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве. Модификация погрузчиков зависит от вида грузозахватных приспособлений, что связано с их назначением и использованием. Погрузчики периодического действия предназначены для захвата, транспортирования и выдачи груза поочередно. Привод погрузчиков имеет двигатель внутреннего сгорания или электрический двигатель. Энергия от него поступает к рабочим и ходовым частям через механические передачи. Есть вид узкоспециализированных машин, называемых разгрузчиками, которые только разгружают сыпучие грузы. В зависимости от характера выполняемой работы погрузчики бывают самоходные, передвижные или стационарные. В конструкцию погрузчиков часто входят и самостоятельные транспортирующие машины или их части. Самый распространенный вид погрузчика – это погрузчики периодического действия: электропогрузчики, автопогрузчики. Их рабочее оборудование – гидропривод, механизм передвижения – мотор-колеса. Рабочее оборудование для перегрузки – это грузоподъемник с набором грузозахватных приспособлений. Одноковшовые погрузчики, кроме перегрузки и транспортировки сыпучих или штучных грузов, имеют возможность выполнять дорожные, карьерные работы. Они снабжены ковшом, шарнирно укрепленным на конце подъемной стрелы. Ковши имеют нормальную, увеличенную или уменьшенную емкость в зависимости от плотности груза. Для работы на складах используют погрузчики, у которых грузозахватные приспособления – вилы, захваты, крановые круги. Такие погрузчики поднимают, транспортируют и укладывают штучные грузы. При мощности двигателя 10—100 кВт емкость ковша составляет 0,1—30 м3, высота работы – 2,5—4 м, транспортная скорость гусеничного погрузчика составляет 12 км/ч, колесного же значительно выше – 50 км/ч. Для погрузки и транспортирования сыпучих грузов из отвалов используются специальные самоходные погрузчики – конвейеры на колесном или гусеничном ходу. И основное рабочее оборудование – питатель зачерпывающего или нагревающего типа, транспортирующий основной конвейер – ленточного, скребкового или ковшового типа, отвальный лоток или конвейер. Такие погрузчики, в отличие от одноковшовых, имеют большую производительность – 30—40 м3/ч, меньшую энергоемкость. Погрузчики непрерывного действия имеют механический, электромеханический или электрогидравлический привод, для получения малых рабочих скоростей используют ходоуменьшители с приводом от двигателя.

Специальный погрузчик, используемый в шахтах, – погрузочная машина горная. Она используется для погрузки горной породы в транспортные средства, в забоях при проведении горных выработок. Ее модификации различаются по типу грузозахватного приспособления, способу захвата груза, способу передачи груза в транспортное средство: ковшовая с прямой погрузкой, ковшовая с боковой разгрузкой, ковшовая со ступенчатой погрузкой, с парными нагребающими лапами. Горные машины имеют гусеничный, пневматический или колесно-рельсовый ход. Механизм привода – дизельный. Конструкция некоторых горных погрузчиков позволяет устанавливать съемное оборудование – манипуляторы для бурения, лебедки для такелажных работ. Емкость ковшей – 0,25—0,8 м3, производительность – 0,8—3 м2/мин. Также при проведении горных выработок используют специальные погрузчики с грузонесущим ковшом или кузовом. Грузоподъемность ковша – 2—12 т, емкость – 1—6 м3, грузоподъемность кузова – 2,5—16 т, емкость кузова – 2—6 м3, в сельском хозяйстве используется погрузчик-смеситель удобрений. Это специальная машина для смешивания минеральных и органических удобрений и одновременной их погрузки в транспортное средство. Основное рабочее устройство – фрезерные барабаны, при вращении захватывающие полосу удобрений, смешивающие их и погружающие эту смесь на транспортер. Погрузчик удобрений на гусеничном ходу на основе трактора. Управление осуществляет тракторист из кабины.

Подъемный кран

Подъемный кран – машина для подъема и перемещения грузов, циклического действия с возвратно-поступательным движением грузозахватного устройства.

Движения крана бывают установочными для изменения положения крана во время работы или его стрелы. Рабочие движения крана – это захват груза, рабочий ход самого крана для перемещения груза, разгрузки – т. е. установки груза в нужном месте, – холостой ход для возврата грузозахватного устройства к месту размещения груза. Основная характеристика любого подъемного крана – это его грузоподъемность, т. е. наибольшая масса груза, которую кран способен поднять. В общую грузоподъемность включается и масса сменных грузозахватных устройств. Грузозахватное приспособление, назначение которого захватить, удержать, переместить и разгрузить груз, бывает различных видов. Выбор вида грузозахватного приспособления зависит от размеров, формы, массы перемещаемого груза, так как оно должно быть удобным в работе и иметь небольшую собственную массу. Самые простые грузозахватные приспособления – это стропы, т. е. канаты с ковшами. Клещевые, эксцентриковые захваты применяются для листов проката, ящиков, бочек. Бадьи, ковши, грейферы, кюбеля для захвата и перемещения сыпучих или жидких грузов, электромагниты используются для захвата изделий из металла. При большой длине груза используют траверсы.

Все подъемные краны, используемые до XIX в., были очень просты по конструкции и изготовлялись в основном из деревянных деталей. Привод у них был ручной. И только к середине XIX в. с развитием общего машиностроения стали появляться металлические грузозахватные машины с механическим приводом. В 1830 г. в Великобритании был внедрен первый паровой подъемный кран и в 1847 г. – гидравлический, в 1895 г. – подъемный кран с двигателем внутреннего сгорания. В 1880 г. в США и Германии одновременно был применен электрический двигатель, в 1890 г. в США и Германии был создан подъемный кран с многомоторным индивидуальным приводом. В России изготовление подъемных кранов началось в конце XIX в. на Путиловском, Николаевском, Брянском и других заводах. С 1920-х гг. производство подъемных кранов стало отдельной отраслью тяжелого машиностроения, что отвечало задачам времени и быстро развивающегося производства.

Конструкция подъемного крана зависит от его схемы работы, и в зависимости от этого краны бывают поворотными и неповоротными. Поворотные подъемные краны – это железнодорожные, установленные на рельсы, пневмоколесные, автомобильные, гусеничные, настенно-поворотные, кровельные, плавучие, судовые, башенные, портальные. Неповоротные подъемные краны – это мостовые краны, настенно-консольные перегружатели, кабельные краны. В современном производстве применяются и вертолеты-краны, со специальным устройством для захвата груза. Их используют в труднодоступных местностях, в основном для прокладки трубопроводов.

У любого подъемного крана основной механизм – это устройство для подъема груза, а также механизм передвижения грузовой тележки, механизм вращения поворотной части или поворотной стрелы, механизм изменения вылета стрелы, механизм подъема консоли моста. Если кран передвижной, то он имеет механизм его передвижения. Механизм подъема груза – это лебедка и, как правило, стальной канат, к которому прикрепляется грузовой крюк или другие грузозахватные устройства. При штабелировании грузов используют подвес-штангу с прикрепленным грузозахватным устройством, это устраняет раскачивание груза. Механизмы подъема снабжаются ограничителями хода грузозахватного устройства или грузоподъемности для безопасной работы. Есть также у некоторых подъемных кранов весы, определяющие массу груза.

Механизм передвижения кранов – это колесное устройство на рельсовом пути. Для грузовых тележек используются канаты. Привод колес может быть как центральным, когда один двигатель через трансмиссивный вал осуществляет вращение колес, так и разделенным. Если привод колес раздельный, то каждое колесо имеет свой двигатель. Ограничение хода осуществляют предохранительные устройства – концевые выключатели, упоры. Стреловое устройство в зависимости от вида перемещения груза может быть горизонтальным и негоризонтальным. Стреловое устройство с горизонтальным перемещением груза применяется у башенных, портальных, плавучих, судовых кранов, стреловое устройство с негоризонтальным перемещением груза применяется у железнодорожных кранов. Механизм изменения вылета стрелы воздействует на нее или на рычажную систему.

Механизм привода подъемного крана – это электрические двигатели, двигатели внутреннего сгорания (дизельные), гидравлические или пневматические двигатели. Иногда применяется и ручной привод. Двигатели внутреннего сгорания устанавливают на плавучих, железнодорожных, автомобильных, гусеничных кранах. Для регулирования скоростей используют электродвигатели.

Для осуществления сложной передачи в ряду механизмов крана применяются комбинированные двигатели – дизель-гидравлические и дизель-электрические. В небольших подъемных кранах применяется пневматический привод. Для перемещения грузов на небольшие расстояния – ручной привод. Кабина крановщика, из которой он управляет всеми механизмами крана, находится на грузовой тележке или на поворотной части или на мосту. Применяется также и дистанционное управление краном по радио или проводное.

Основное требование различных отраслей производства к краностроению – это увеличение основных характеристик крана – грузоподъемности, маневренности, вылета стрелы, высоты, на которую поднимается груз, длины пролета, производительности самого подъемного крана и повышения точности его работы.

Модификации подъемных кранов напрямую зависят от области их применения:

  1) мостовые краны применяются на электростанциях, складах, заводских цехах;

  2) настенно-консольные используют в цехах для помощи мостовым кранам;

  3) козловые краны используют на складах, на электростанциях, для монтажа сборных конструкций в строительстве и судостроении;

  4) мостовые перегружатели применяют на складах угля, на электростанциях, в портах и на промышленных предприятиях;

  5) самоходные стреловые краны на гусеничном ходу, колесные, пневмоколесные, на базе трактора применяются на различных промышленных предприятиях и на транспортере для перегрузочных и монтажных работ;

  6) башенные краны применяют в строительстве и судостроении;

  7) портальные краны используют в портовых складах;

  8) плавучие краны (на понтоне) используются при работах на плаву и в судостроении;

  9) судовые краны используются на судах для перегрузочных работ.

Конструкции всех кранов лучше «изготавливают» из стали повышенной прочности или алюминиевых сплавов для снижения их веса. Конструкции и их узлы сварные.

Полупортальный кран

Полупортальный кран – грузоподъемная машина. Поворотная часть крана установлена на полупортале – металлической несущей конструкции П-образной формы, состоящей из соединенных между собой стоек и верхней рамы. В отличие от портального крана, у которого обе стойки, движущиеся по рельсам, расположены на одном уровне, у полупортального крана стойки находятся на разных уровнях – один рельс может находиться на стене здания. Если стойки расположены на прибрежных откосах, то они установлены на треугольных подставках. В остальном принцип его работы и конструкций такой же, как у портального. Скорость движения подъемного полупортального крана около 30 м/мин. По характеру выполнения работ, как и портальный кран, полупортальный может быть перегрузочным или монтажным. Движение у монтажного крана меньше, чем у перегрузочного. Стреловое устройство с горизонтальным перемещением грузов. Рабочим движением у него является изменение вылета. Механизм подъема грузов – лебедка и стальной трос с прикрепленным грузозахватным приспособлением – крючком, грейфером или магнитом, механизм привода – электродвигатель. Управление краном осуществляется из кабины, которая находится на поворотной части крана. Имеются предохранительные устройства от действия ветра и ограничители хода. Грузоподъемность перегрузочных кранов – 5—40 т, монтажных – 100—300 т. Вылет у перегрузочных – 25—35 м, у судостроительных – 50—100 м, скорость подъема грузов – 60—90 м/с. Конструкции крана сварные, выполнены из прочной стали. Производство кранов и их широкое применение налажено с середины XX в., что связано с такой отраслью хозяйства, как судостроение, с увеличением мощности самих портов. Полупортальный кран является модификацией портального, это продиктовано условиями установки крана на местности. Такие полупортальные краны, так же как и портальные, используются для перегрузочных и монтажных работ в порту, судостроении, судоремонте, на берегу, в строительно-монтажных работах при строительстве гидротехнических сооружений. Основная задача совершенствования конструкции полупортальных кранов – это увеличение основных характеристик – грузоподъемности, вылета, повышение производительности, увеличение скорости рабочих движений, использование автоматически грузозахватных устройств и систем управления, систем гашения колебаний груза, увеличение точности работы и уменьшение массы самих конструкций подъемного крана.

Портальный кран

Портальный кран – грузоподъемная машина, поворотная часть крана его установлена на порталах металлической несущей конструкции П-образной формы, состоящей из соединенных между собой стоек и верхней рамы. Портальный кран установлен на портале, движется по рельсам. Скорость передвижения крана 30 м/мин, скорость монтажного крана меньше, чем у перегрузочного. По виду выполняемых работ портальные краны бывают перегрузочные и монтажные. Механизм подъема грузов – лебедка и стальной трос с прикрепленным грузозахватным приспособлением – крюком, грейфером, магнитом. Стреловое устройство с горизонтальным перемещением грузов, у которого рабочим движением является изменение вылета стрелы. Механизм привода – электрический двигатель. Управление краном осуществляет крановщик из кабины, которая расположена на поворотной части крана. Кран снабжен предохранительным устройством от действия ветра. Для торможения служат механические тормоза. Грузоподъемность перегрузочных кранов – 5—40 т, монтажных – до 300 т. Вылет стрелы – 25—35 м у перегрузочных кранов и 50—100 м – у судостроительных. Скорость подъема груза – 60—90 м/мин. Конструкции крана сварные, выполнены из прочной стали. Производство портальных кранов и их широкое применение налажено с середины ХХ в. Это связано с потребностью производства, особенно такой отрасли хозяйства, как судостроение, с увеличением мощности портов. Модификация портальных кранов зависит от характера выполняемой ими работы. Портальные краны используются для перегрузочных работ в порту, на складах, в судостроении, в судоремонте на берегу и в плавучих доках, в строительстве гидротехнических сооружений, для сборочно-монтажных работ. Особый тип портального крана – грейферно-бункерный кран с программным управлением, у него грейфер заполняет бункер, находящийся на портале. Этот кран используется для разгрузки судов и отличается высокой производительностью. Основная задача совершенствования конструкции портальных кранов – это увеличение основных характеристик – грузоподъемности, длины вылета, повышение производительности, увеличение скорости рабочих движений, использование автоматических грузозахватных устройств и систем управления, увеличение точности работы, уменьшение собственной массы подъемного крана.

Пресс для изготовления кирпича

Пресс для изготовления кирпича – машина статического действия для обработки материала и придания ему нужной формы (формования). Основные рабочие части пресса – ползун, станина с направляющими для ползуна, стол, привод, механизм управления всеми устройствами пресса. Подвижная часть устроена следующим образом: инструмент крепится к ползуну, неподвижная часть – к столу. Формование происходит между подвижной и неподвижной частями. Основные параметры пресса – скорость движения ползуна, от которого зависит производительность, размеры стола, номинальное усилие. Кирпич был самым древним строительным материалом, изготовленным искусственно. В Древнем Египте, в Монхенджо-Даро в строительстве использован обожженный кирпич в III—II тысячелетии до н. э. Кирпич использовался в Месопотамии, Древнем Риме для строительства сложных декоративных конструкций, узорной кладки.

Применялся также глазурованный кирпич. Для этого лицевую сторону кирпича, изготовленного, как правило, из красножгущейся глины, покрывали глазурью. В Средние века кирпич широко применяли в строительстве и отделке зданий и в Азии, и в Европе; в Германии и Прибалтике в XIII—XVI вв. – это так называемая кирпичная готика, а в России в XVII в. – «узорочная» архитектура. Но до XIX в. сама технология производства кирпича была очень примитивной – ручной. Формование осуществлялось вручную, сушка – в печках-времянках, сделанных из необожженного, высушенного кирпича-сырца. И только с середины XIX в. с ростом промышленного производства было построено устройство для формования кирпича – ленточный пресс, и для обжига – кольцевая обжиговая печь. В конце XIX в. стали выпускать глинообрабатывающие машины, вальцы, сушилки. Технология изготовления кирпича стала механизированной. Дробление глины происходит в вальцах, перетирание – на бегунах, и после этого глиняное тесто направляется в ленточный вакуум-пресс, который непрерывно выделывает брус, он режется струнным устройством на отдельные кирпичи, они укладываются на специальные полки и дальше направляются в сушилку. Высушенный кирпич перегружается на печные вагонетки, поступающие в туннельные печи, где при температуре 900 °С обжигается. Готовый обожженный кирпич сортируется, складывается на специальные поддоны и направляется на склады. В наше время формование и производство кирпича во всех странах механизировано и автоматизировано. Это дает возможность изготовлять кирпич с различными свойствами и назначением: сплошной, дырчатый, щелевой, пустотелый, с повышенной теплоизоляцией, глиняный – лекальный. Кирпич – искусственный камень, в процессе обработки получивший свойства натурального камня: прочность, морозостойкость, водостойкость. Он имеет правильную форму и размеры 250 × 120 × 65 мм и 250 × 120 × 88 мм. Готовый кирпич подразделяется на марки. Сырье для изготовления кирпича – глина, суглинки, пески. Дальнейшее развитие и усовершенствование конструкции формовочных машин направлено на увеличение производительности и качества, создание и использование автоматических систем управления.

Прокатный стан

Прокатный стан – машина, обрабатывающая металл или другие материалы между вращающимися валками способом прокатки для придания изделиям нужной формы. Прокатка – непрерывный процесс. Валки имеют форму цилиндра. Совмещение двух валков – калибр. Прокатка основана на свойстве металлов – пластичности оборудования, придающего изделию нужную форму. Она называется основным оборудованием прокатного стана. Это одна или несколько главных линий, в каждой расположено по три вида устройств – прокатные валки, станины, плитовины, проводки, электродвигатели для вращения валков, установочные механизмы, передаточные устройства из шестеренной клети, шпинделей, муфт. Самые распространенные станы с горизонтальными валками. Но есть и универсальные, где вблизи горизонтальных валков расположены вертикальные станы винтовой прокатки, у которых валки расположены под углом подачи. Но основная конструкция всех станов, как правило, одинакова. Станина установлена на плитовине, прикрепленной к бетонному фундаменту, и изготовлена из стали. Ее масса 60—120 т и более, механизм привода стана – электрический. Общая мощность электродвигателей 200—300 МВт. Вспомогательное оборудование стана предназначено для подачи, поворота, транспортирования, охлаждения, разматывания и сматывания, отделки, правки обрабатываемого металла, укладки и упаковки готовых изделий. Станы используются для прокатки полос металла, труб, проволоки, листов, ленты, профилей. Прокатка применяется горячая и холодная. Но когда и где появился самый первый прокатный стан, неизвестно. Сначала, по-видимому, практиковали прокатку цветных металлов. Прокатка железа началась с XVIII в. Особенно широкое развитие она имела в России, на Урале для производства кровельного железа, заготовки в полосу или в лист. В конце XVIII в. приводом прокатного стана стала паровая машина. В 1783 г. в Англии Г. Корт сконструировал и использовал прокатный стан с калибровочными валками. В середине XIX в. прокатка стала одним из основных циклов металлургических заводов, в 1856 г. в Германии появился стан для прокатки балок, в 1885 г. – для прокатки труб. В 1906 г. также в Германии был впервые применен электродвигатель. Непрерывная горячая прокатка листов в 1892 г. в Чехии, холодная прокатка труб в 1930 г. в США. В России центрами проката являются металлургические заводы в Ижорах, Электростали, Нижнем Новгороде.

Современные прокатные станы различаются по числу и расположению рабочих клетей, определяющихся назначением стана.

Основные типы прокатных станов одноклетьевые – блюминги или слябинги, станы для прокатки труб, листов, ленты, шаров.

Многоклетьевые, непрерывные для горячей прокатки полос, проволоки, труб и для холодной прокатки листов, ленты, профилей. Различны скорости прокатки. Они зависят от сорта, производительности, технологического процесса. Наибольшие скорости у непрерывных станов – до 40 м/с.

Заготовочный стан – блюминг или слябинг. Использует два типа материала – отлитых слитков или непрерывно литых заготовок. В нем происходит деление заготовки на куски.

Листовой и полосовой стан. Применяется для горячей прокатки и получения листов металла толщиной 3—50 мм, рулонных полос толщиной 1,2—20 мм, плит толщиной 50—350 мм.

Сортовые станы – универсальные. Разнообразны по расположению оборудования и характеристике. Применяются для прокатки балок, рельсов, проволоки, медных сплавов.

Трубопрокатные станы (агрегаты) – это установка обычно из трех станов. Первый стан выполняет отверстие в заготовке слитка, второй протягивает, третий – используется для калибровки. Самые высокопроизводительные трубопрокатные станы – непрерывные.

Станы холодной прокатки – листовые рулонные, лентопрокатные – применяются для прокатки стали и цветных металлов.

Деталепрокатные станы используются для изготовления точных заготовок деталей машиностроения – круглых, шаров, колес, винтов, труб, инструмента, фрез, сверл – способом поперечной и винтовой прокатки. Конструкции этих станов разнообразны и зависят от назначения.

Дальнейшее развитие станкостроения направлено на широкое использование автоматики в системах управления, новейших технологий, повышение производительности.

Самоходный кран

Стреловой самоходный поворотный кран – машина для подъема грузов. В зависимости от вида движения имеют различное устройство и сферу использования. На шасси автомобиля – автомобильный и железнодорожный, на специальном шасси – пневмоколесный, на гусеничном ходу или на базе трактора – гусеничный кран универсального применения. Управление краном осуществляет крановщик. В зависимости от вида работы самоходный кран оборудован сменными стрелами. Стрелы могут иметь различную длину и форму – прямую, телескопическую. Длина может достигать 60—100 м. Стреловые краны снабжены крюковыми, грейферными захватами или электромагнитом. Грузоподъемность крана может быть различной, чем меньше вылет стрелы, тем больше грузоподъемность. У железнодорожных кранов грузоподъемность может достигать 40 т, у специальных монтажных – 600 т и более, у автомобильных – 16—40 т, у пневмоколесных до 200 т. Скорость движения крана зависит от грузоподъемности и вылета стрелы, обычно она составляет 5—25 м/мин, скорость вращения 1—3 мин. Передвижение крана во время работы – 1—10 км/ч. Конструкции самоходных кранов выполнены из прочных сплавов. Для увеличения устойчивости крана во время работы используют специальные выносные опоры. Производство самоходных кранов налажено с середины ХХ в. Потребность в них очень высока и соответственно очень широк диапазон их применения в различных областях производства. Они используются для погрузочно-разгрузочных работ, для монтажа в строительстве, на промышленных предприятиях, на транспорте. Дальнейшее использование таких кранов ставит задачей повысить их маневренность, грузоподъемность, высоту подъема груза.

Сновальная машина

Сновальная машина – машина ткацкого производства, выполняющая навивку нитей основы с однониточной паковки – бобины – на многониточную паковку – сновальный валик, равномерно распределяя нить по ширине паковки.

Основные рабочие устройства сновальной машины – это рамка-шпулярник, на которой размещаются бобины, рядок, равномерно распределяющий нить по ширине сновки, валик, отмечающий длину нитей. Снование различается по виду пряжи и по способу. Но все способы дают разделение на равные части основных нитей в ткани.

Снование бывает: патронное, ленточное, секционное.

Патронное снование

На отдельный сновальный валик наматывается нить каждой части, число нитей при этом равняется числу нитей в ткани. Группа сновальных валиков – это партия. Нити с валиков партии соединяются и наматываются на навой для ткачества – эта работа называется шлихтованием. Патронное снование самое производительное, его скорость составляет 18 м/с. Это снование используется для сматывания льняных и хлопчатобумажных нитей.

Ленточное снование

Нити основы последовательно наматываются на барабан отдельными частями – лентами. При этом число нитей на барабане равно числу нитей в ткани. С барабана ленты одновременно сматываются на навой. Ленточное снование имеет производительность 15 м/с, это ниже, чем у патронного. Но ленточное снование более экономично, оно сокращает отходы и выдает готовый ткацкий навой. Ленточное снование используется для сматывания шелковых и шерстяных нитей.

Секционное снование

Основное устройство – сновальные валики секции: на них сматываются ленты основы и с них одновременно сматываются на навой. Но такой способ снования используется редко.

Станок по производству бумаги (бумагоделательная машина)

Бумагоделательная машина – агрегат непрерывного действия, состоящий из нескольких секций, для получения бумаги из волокнистой суспензии.

Два основных типа машины: машина плоскосеточная – столовая, изготавливает основные виды бумаги, и машина круглосеточная – цилиндровая, изготавливает определенные составы бумаги. Конструкция и технологический процесс обоих типов аналогичен, различие заключается в устройстве для выхода бумажной массы на сетку и отлива бумажного полотна, в работе обоих типов машин используют разнообразные по конструкции виды вспомогательного оборудования.

Впервые бумагу получил в Китае во II в. Цефей Лун способом осаждения водной суспензии на сетке. Свое изобретение он долго держал в секрете. И изготовление бумаги было распространено только в Китае, но в VI в. этот способ стал известен в Японии, в VI– VIII вв. в других странах Азии. По китайскому способу бумагу изготавливали из свежего растительного сырья – волокна. Но в других странах вместо него использовали льняное тряпье на шелковых ситах. Дальше этот способ распространился в Северную Африку, Испанию, Марокко и в другие страны и стал вытеснять папирус. В России способ изготовления бумаги стал известен с X в., что было очень важно с изобретением книгопечатания. Но способ долго был низкопроизводительным и трудоемким. Машинное производство бумаги появилось в 1799 г., когда француз Н. Л. Роббер изобрел механизированный отлив бумаги на непрерывно движущейся сетке. Но привод этого устройства был ручной. В дальнейшем к этому устройству добавились непрерывные секции прессования, сушки, намотки бумаги в рулоны. И только в 60-е гг. XIX в. бумагоделательная машина стала похожа на современные. В последующем ее усовершенствовали. Увеличилась скорость выработки, ширина бумажного полотна, в качестве сырья стали использовать целлюлозное волокно древесины, синтетические волокна. Растет производство новых видов бумажной продукции. Повышается эффективность. Сейчас известно более 600 видов бумаги, отличающихся различными показателями, сферой применения и свойствами.

Современная бумагоделательная машина состоит из нескольких частей:

  1) сеточной, в которой формуется из суспензии бумажное полотно;

  2) прессовой, в которой уплотняется бумажное полотно;

  3) сушильной, в которой из бумажного полотна удаляется оставшаяся влага;

  4) отделочной, в которой бумажному полотну придается необходимая гладкость, плотность, и где оно наматывается в рулоны.

Сеточная часть машины – сетка из медных или синтетических нитей. Привод сетки от ведущего вала, формование полотна из суспензии осуществляют отсасывающие регистровые валики и вакуумные насосы. Завершает формование полотна бумаги Гауч-вал – перфорированный пустотелый цилиндр из бронзового сплава или стали.

Прессовая часть машины – это несколько последовательно расположенных вальцовых прессов, которые осуществляют дальнейшее формование бумажного полотна для придания ему гладкости.

Сушильная часть машины – это расположенные в два ряда в шахматном порядке цилиндры, они обогреваются изнутри паром и вращаются. Полотно бумаги движется с цилиндра на цилиндр и высушивается до остаточной влаги 5—7%, отделочная часть машины – каландр из 5—10 валов из отбеленного чугуна. Валы расположены друг над другом, и полотно бумаги, двигаясь между валами сверху вниз, уплотняется, становится гладким, выравнивается по толщине и наматывается в рулоны на накате. Основные характеристики машины:

  1) ширина бумажного полотна;

  2) скорость работы, сортность выпускаемой бумаги, производительность.

Современные бумагоделательные машины оснащены автоматическими системами управления и регулирования. Модификации бумагоделательных машин различаются в основном по способу формования полотна бумаги. В машинах типа инферформ полотно формуется между двумя сетками. В машинах типа вертиформ полотно формуется между двумя вертикально перемещающимися сетками.

В машинах типа ротоформер напорный ящик и сеточная часть – это одно компактное устройство, на таких машинах вырабатывают бумагу из искусственных волокон.

Дальнейшее усовершенствование конструкции машины направлено на увеличение производительности, скорости работы, ширины полотна, внедрение новых технологий и использование других видов сырья.

Стационарный (настенноконсольный) кран

Стационарный (настенно-консольный) кран – устройство для подъема грузов. Может быть поворотным и неповоротным. Грузоподъемность настенно-консольного поворотного крана – около 3 т, вылет стрелы – 3—6 м. Грузоподъемность настенно-консольного неповоротного крана 3—10 т, вылет стрелы 5—10 м, рабочая скорость передвижения 90—200 м/мин. Настенноконсольный стационарный кран представляет собой настенную консольную форму и передвигающуюся по ней грузовую тележку с подъемной лебедкой. К стальному канату прикреплено грузозахватное устройство – крюк. Вылет стрелы ограничен собственной ее длиной. Неповоротный настенно-консольный кран движется по стене вправо и влево, и его стрела всегда перпендикулярна стене. Стрела поворотного крана может также осуществлять вращения при захвате груза. Конструкции стационарно-консольных кранов сварные, сделаны из прочной стали. Механизм привода кранов – электрический двигатель. Управление такими кранами в основном осуществляется дистанционно по проводам. Производство стационарных настенно-консольных кранов налажено с середины ХХ в., что связано с ростом промышленных предприятий.

Стационарные краны в основном применяются в цехах, на складах, для обслуживания рабочих мест на производстве погрузочно-разгрузочных работ. Основная задача совершенствования конструкции стационарных настенноконсольных кранов – это увеличение грузоподъемности и вылета стрелы, повышение их производительности, увеличение скорости рабочих движений, особенно при обслуживании рабочего места в заводском цеху, создание систем автоматического гашения колебания груза, уменьшение собственной массы стационарного крана. Высота, на которую поднимается груз, ограничена местом расположения стационарного крана на стене. Модификации таких кранов в основном имеют различные характеристики грузоподъемности, вылета стрелы и области использования.

Трепальная машина

Трепальная машина – машина для очистки от примесей и разрыхления волокон шерсти, хлопка, льна. Это первичная обработка сырья прядильного производства. Принцип работы основан на освобождении волокна от больших примесей. При этом волокно зажимается питающими устройствами машины, и на него действуют рабочие устройства, осуществляя процесс трепания. Основные рабочие приспособления, предназначенные для трепания, – барабаны и трепала. Барабаны по устройству бывают бильные, колковые, ножевые. Била различаются по конструкции: гладкие планочные, игольчатые с большими колками, пильчатые с зубьями, комбинированные. Процесс трепания начинается с поступления волокна в питающий бункер трепальной машины. Специальное устройство регулирует высоту волокнистой массы в бункере и поддерживает на заданном уровне, чтобы поток выходящего волокна был равномерным. Валики и питающие подают из бункера волокно к ножевому барабану, вращающемуся со скоростью до 600 об/мин. Ножи барабана срезают со слоя волокна клочки, которые попадают на колосниковую решетку, вытряхиваются и освобождаются от примесей. Примеси проваливаются в промежутки между колосниками, волокно с колосниковой решетки и с ножей барабана снимается потоком воздуха, который отсасывается из сетчатого барабана вентилятора. Этот воздушный поток направляет волокно к сетчатому барабану. Сетчатый барабан вращается и формирует из клочков волокна – слой волокна. Съемные цилиндры снимают этот слой волокна с поверхности сетчатого барабана и направляют волокно в зажим питающих цилиндров. Питающие цилиндры направляют его к специальному устройству – трепалу. Трепало вращается со скоростью до 1000 об/мин. И планками разрыхляет волокно, очищая его от сора и примесей. Примеси также проваливаются через колосники решетки. С планок трепала слой волокна также снимается потоком воздуха и направляется к следующему устройству. Производительность трепальных машин различна, так как зависит от интенсивности трепания. Для различного сорта сырья используются различные треплющие устройства. Для хлопка – ножевые барабаны, для шерсти – колковые, процесс первичной обработки волокна для последующего прядения применялся с древности, как один из этапов ткачества. Но до середины XVIII в. он оставался ручным. И только во второй половине XVIII в. с общим развитием машинного производства стали механизироваться и подготовительные процессы прядения. В конце XVIII в. такие машины появляются в Европе, в середине XIX в. – в России. Современные трепальные машины – это оборудование прядильного производства. Дальнейшее совершенствование машин связано с развитием прядильного производства и направлено на увеличение производительности и внедрение новых технологий и систем управления.

Трубопрокатный стан

Трубопрокатный стан – прокатный стан для производства цельноканатных металлических труб, осуществляющий весь технологический процесс, в который входят нагрев, прошивка, раскатка, калибровка, правка, охлаждение. Начинается процесс с нагревания в секционной печи круглой заготовки, на прошивном прокатном стане выполняется прошивка – получение в центре заготовки круглого отверстия, на удлинительном стане происходит раскатка заготовки, ее толщина уменьшается, длина увеличивается, на калибровочном и редукционном стане осуществляется контроль качества полученного изделия, которое охлаждается. Трубопрокатные станы различаются по типам, которые зависят от устройства основного удлинительного стана, который бывает непрерывным, короткооправочным, трехвалковым, пилигримовым.

Непрерывный удлинительный стан. Самый распространенный и производительный – до 600 000 т в год, диаметр труб доходит до 100 мм и более. Непрерывный удлинительный стан – это девять клетей, в которых происходит прокатка трубы длиной более 30 м и со скоростью 400 труб в час. Заданный диаметр трубы получается на редукционном непрерывном стане. Для охлаждения используется транспортер.

Короткооправочный удлинительный стан производит трубы 450 мм в диаметре. Для этого вместе с ним используется один или два прошивных стана. Короткооправочный стан удлинительный – это одна клеть, имеющая валки 650—1100 мм в диаметре, между валками на короткой оправке прокатывается труба. Повторно труба прокатывается в той же клети. В раскатных станах трубу еще раз прокатывают, чтобы получить равную толщину. После труба поступает в калибровочный стан, имеющий несколько клетей. Для охлаждения используется транспортер, а для отделки трубы – система машин.

Трехвалковый удлинительный стан – это стан винтовой прокатки, с тремя валками конической формы, которые вращаются в одном направлении, под углом к оси трубы. Труба движется вдоль нее и вращается в противоположном направлении. На трехвалковом удлинительном стане, как правило, прокатывают трубы с толстой стенкой.

Пилигримовый удлинительный стан – это двухвалковый стан. Во время прокатки при каждом обороте валка труба подается специальным механизмом. На этом стане прокатывают трубы большого диаметра – до 700 мм. Первые трубопрокатные станы появились в конце XIX в. в Швеции. Они были с короткооправочным удлинительным станом. В середине XX в. в России на Урале были построены высокопроизводительные трубопрокатные станы с непрерывным удлинительным станом. Современные трубопрокатные станы имеют высокую производительность, механизацию, автоматизацию и качество выпускаемых изделий. Дальнейшее их совершенствование направлено на улучшение этих основных характеристик и использование новых технологий.

Чесальные машины

Чесальные машины – машины для расчесывания волокна. Это разделение клочков волокна на отдельные волокна, распрямление и очистка волокон от сора, примесей, коротких волоконцев, образование из разрыхленной массы волокна непрерывной ленты-ровницы. Чесание – это подготовительный процесс прядильного производства, используется для первичной обработки всех видов сырья – шерсти, льна, хлопка, а также искусственных волокон. Процесс чесания различается по способу и виду использованного оборудования и бывает кардный или гребенной.

Кардочесание – это обработка волокна рабочими устройствами – иглами или зубьями.

Гребнечесание – это прочесывание волокна рабочими устройствами – гребнями.

Эти процессы чесания осуществляются на кардочесальных или гребнечесальных машинах.

Кардочесальная машина

Процесс обработки волокна – чесание. Он осуществляется пропусканием волокон между игольчатой или пильчатой лентой, это основные рабочие устройства кардочесальной машины. В процессе чесания происходит освобождение волокон от примесей, сора и разравнивание спутанного волокна.

Кардочесальные машины различаются по типу рабочего оборудования, которое зависит от рода сырья. Для хлопка используют шлепочные машины, для шерсти – валичные чесальные машины.

Поступление волокна на эти машины также различается по способу его подачи, хлопок на шляпочную машину подается равномерным слоем, предварительно разрыхленным на трепальной машине. Поступление шерстяного волокна на валичную машину осуществляется самовесом, отвешивающим одинаковые порции волокна. Шляпочная машина имеет основные рабочие устройства: барабаны – главный, приемный, съемный, а также шляпки.

Шляпки – это пластины игольчатой ленты, они находятся на главном барабанном. Приемный барабан имеет зубья на своей поверхности, он принимает первым волокно и, расчесывая его, очищает от сора. После волокна принимает главный барабан, поверхность которого покрыта игольчатой лентой. Волокно находится между игольчатой поверхностью барабана и шляпками, которые осуществляют чесание, сорные примеси остаются на шляпках, прочесанное волокно попадает на съемный барабан и с него снимается съемным гребнем, проходит через воронку и превращается в плотную ленту. Лента упаковывается в цилиндрическую тару. Чтобы повысить качество чесания, используют машины с двумя главными барабанами. Основными рабочими устройствами валичной машины также являются барабаны: главный, приемный и съемный, бегун и валики: рабочие и съемные, которые попарно окружают главный барабан. Приемный барабан выполняет первичную подготовку волокна, разделяя его на более мелкие волокна, и направляет его на главный барабан, процесс чесания идет между ним и рабочими валиками, с которых съемные валики снимают оставшееся волокно и направляют его снова на главный барабан. Бегун при вращении своими иглами взаимодействует с иглами главного барабана, выводит волокна на его поверхность. Дальше волокна попадают на съемный барабан, разравниваются в густой равномерный по составу слой и снимаются съемным гребнем.

Элеватор (грузоподъемник)

Элеватор (грузоподъемник) – машина, предназначенная для перемещения груза, вертикально или наклонно. Принцип действия непрерывный. Машины различаются по конструкции, которая зависит от области применения. По устройству элеваторы бывают ковшовые, полочные, люлечные. Ковшовые элеваторы поднимают по наклону сыпучие грузы и применяются в горно-перерабатывающих производствах, машиностроении, металлургии, на химических заводах. Элеваторы полочные или люлечные поднимают штучные грузы вертикально и применяются на складах, базах, на различных предприятиях.

Ковшовый элеватор

Его устройство состоит из замкнутого полотна с тягой, к которому прикреплены ковши, полотно огибает натяжной и приводной барабаны. Полотно с ковшами находится в стальном сварном кожухе, загрузка и разгрузка осуществляются через патрубки, установленные в кожухе. Привод ковшового элеватора состоит из электрического двигателя, редуктора, муфты. Натяжное устройство бывает грузовое или натяжное. Характеристики ковшового элеватора: скорость, высота подъема, подача, емкость ковша. Скорость может быть различной – 1—4 м/с. Подача составляет 5—500 м3/ч. Высота подъема – до 60 м.

Полочный элеватор

Его устройство состоит из двух пластинчатых втулочных вертикальных цепей, к которым жестко крепятся полки. Эти захваты – полки – точно соответствуют параметрам поднимаемого груза. Цепи огибают верхние и нижние тяговые устройства. Загружаются полки вручную или автоматически, разгружаются в верхней части. Скорость подъема полочного элеватора ниже, чем у ковшового, и составляет 0,32 м/с, это зависит от характера груза.

Люлечный элеватор

Его устройство во много схоже с устройством полочного элеватора. Различие составляет конструкция крепления рабочего грузоподъемного приспособления – люльки. Она сохраняет горизонтальное положение своего дна, на любом участке подъема, при помощи шарнирного подвеса. Загружается люлечный элеватор при подъеме, разгружается при спуске. Скорость движения такая же, как у полочного элеватора – 0,32 м/с.

Электрокар

Электрокар – самоходное транспортное средство на колесном ходу. Представляет собой тележку с подъемной или неподъемной платформой. Привод электрический от аккумуляторной батареи. Электрокаром управляет водитель, сидя на специально оборудованном кресле или стоя. Электрокары применяются для погрузки на них и перемещения различных грузов на складах, в заводских цехах, в торговле, на транспорте – железнодорожных вокзалах, портах. Такое транспортное средство обладает хорошей маневренностью и простотой в управлении. Имеет большую скорость движения. Конструкция электрокара имеет шасси, аккумулятор, электрооборудование с тяговыми двигателями. Модификации различаются по грузоподъемности и скорости, которые зависят от назначения и применения. Скорость движения доходит до 20 км/ч. Грузоподъемность колеблется от 1 до 100 т и более. Электрокар – эффективное устройство для перевозки груза на небольшие расстояния. Дальнейшее развитие применения электрокаров направлено на использование программного управления, т. е. движение без водителя по специально заданной трассе.

Раздел 3. Сельскохозяйственная техника

Аэрозольный генератор

Аэрозольный генератор – машина, применяемая для химической защиты сельскохозяйственных растений от вредителей.

Генератор состоит из станины с поручнями, двигателя, воздухонагнетателя, приемного воздушного патрубка с фильтрами, напорного воздухопровода, камеры сгорания, бензиновой горелки с краном управления, электрозапальной свечи, магнето, бензинового бака с фильтром, бензопровода, жаровой трубы, рабочего сопла с распылителем, приемника ядохимиката с фильтром. Так как машина не имеет своей емкости для рабочей жидкости, рядом с ней устанавливается резервуар с раствором ядохимиката. Машина устанавливается на кузов автомобиля или на тракторный прицеп соплом против направления движения.

Возможно образование аэрозоля из ядохимиката двумя способами – горячим (термомеханическим) и холодным (механическим).

При термомеханическом способе процесс образования аэрозоля протекает следующим образом: вращаемый двигателем воздухонагнетатель засасывает атмосферный воздух и под давлением подает его к бензиновой горелке. Часть воздуха проходит в камеру сгорания, а другая часть воздуха поступает в конус горелки и распыляет бензин. От искры, проскакивающей между электродами запальной свечи, распыленный бензин воспламеняется и сгорает в камере сгорания. В жаровой камере продукты сгорания смешиваются со сжатым воздухом и на скорости горячий газ проходит через диффузор, в котором располагается трубка-распылитель рабочей жидкости. Газ засасывает ядохимикат и через фильтр, шланг и дозирующий кран подает его в сопло. Здесь, смешиваясь с горячим газом, рабочая жидкость распыляется, частично испаряясь, и выходит из сопла. При выходе парогазовая смесь смешивается с наружным воздухом и, быстро охлаждаясь, превращается в белый туман (аэрозоль). Подачу ядохимиката можно регулировать краном. Качество аэрозоля можно регулировать, изменяя температуру сгорания смеси путем управления подачи бензина. Перед тем как запустить двигатель, закрывают кран горелки и кран подачи рабочей жидкости, затем уменьшают частоту вращения вала двигателя и постепенно открывают кран горелки. Вспышку бензина можно определить не только по звуку горения, но и визуально, через смотровое окно. Когда из сопла появляется белый туман, открывают кран подачи ядохимиката. Для того чтобы остановить аэрозольный генератор, сначала закрывают кран подачи ядохимиката, затем – кран подачи бензина. Через 3 мин останавливают двигатель.

При механическом способе образования аэрозоля вместо жаровой трубы устанавливают угловой насадок с краном-дозатором и распылителем. Бензиновой горелкой в данном случае не пользуются. Распыление ядохимиката происходит за счет сжатого воздуха, идущего от воздухонагревателя.

С увеличением численности населения планеты остро встает вопрос о сохранении урожая. Из всех химических методов защиты растений от вредителей сельскохозяйственных культур аэрозольный характеризуется как более эффективный и экономичный.

Создание во второй половине ХХ в. аэрозольного генератора позволило увеличить производительность обработки, распылять рабочую жидкость равномерно, предохраняя листья растений от ожога, соблюдать нормы расхода ядохимиката определенной концентрации на единицу обрабатываемой площади.

Машину можно использовать при обработке не только различных культур полей или садов, но и теплиц, складов.

Ветряная мельница

Ветряная мельница – устройство, работающее за счет энергии ветра, которое используют для измельчения зерна, качания воды, приведения в движение станков.

Ветряная мельница.

Ветряными мельницами пользовались жители Древнего Египта и Китая. Остатки барабанных каменных мельниц II—I вв. до н. э. и сейчас можно увидеть в низовьях Нила. Основной частью этих мельниц было колесо с широкими лопастями, параллельными оси колеса, его устанавливали в барабане таким образом, что половина выступала наружу, ветер надавливал на лопасти, колесо начинало вращаться и приводило в движение мельничный жернов. В VII в. н. э. персами была изобретена мельница с крыльями. В VIII– IX вв. эти мельницы уже были широко распространены на Руси и в Европе – Англии, Дании, Голландии. Благодаря мельницам голландцы освободили от моря бoльшую часть своей территории. В России в начале ХХ в. было около 250 тыс. ветряных мельниц. Ветряные мельницы породили ветряные двигатели.

Виноградниковый плуг-рыхлитель

Виноградниковый плуг-рыхлитель – навесное универсальное орудие для обработки почвы в междурядьях виноградников на равнине, пологих склонах и террасах.

Виноградниковый плуг-рыхлитель имеет сварную раму с шарнирно-поворотными брусьями, которые позволяют изменять ширину захвата орудия и автоматически стабилизировать его рабочие органы, и универсальный рабочий орган, используемый для выполнения рыхления, вспашки и культивации земли в междурядьях виноградников шириной от 2 до 4 м. С помощью рабочих органов, входящих в комплект плуга, его можно использовать для работы в междурядьях лесных насаждений, кустарников, ягодников, как культиваторрыхлитель для межкустиковой обработки, как укрывочный плуг, лозоукладчик, глубокорыхлитель, выкапыватель саженцев, бороздорез, на орошаемых виноградниках. Глубина обработки почвы 8—55 см.

Водяная мельница

Водяная мельница – устройство, работающее за счет энергии падающей воды, используют для помола зерна.

Водяные мельницы для помола зерна появились раньше ветряных. Жители государства Урарту пользовались ими уже в VIII в. до н. э. Колеса первых водяных мельниц были подливными – ось колеса находилась выше уровня воды, напор воды оказывал давление на нижние лопасти. Колеса устанавливались сбоку от здания, построенного на берегу. В Средние века для водяных мельниц появились плотины. Создавался определенный напор воды, чем он был больше, тем больше была мощность колеса водяной мельницы.

Водяное колесо

Водяное колесо – простейший гидравлический двигатель – колесо с лопастями, вращаемое потоком воды.

С помощью водяных колес на поля воду поднимали в Египте, Китае, Индии в I в. до н. э. Колеса были подливными, ось колеса располагалась выше уровня воды, вода давила на лопатки, прикрепленные к внешним частям колеса, приводила его в движение; колесо черпало таким способом воду лопатками-черпаками и поднимало ее на большую высоту, позволяя использовать для работы силу природы. Подобного рода водяные колеса используются в настоящее время в деревнях Африки и Азии.

Волокуша

Волокуша – сельскохозяйственное орудие из системы комплексной механизации процесса заготовки сена, предназначена для сбора сена или соломы из валков в копны и их транспортирования.

Волокуша имеет грабельный аппарат, который состоит из грабельной решетки, боковых, параллельно расположенных пальцев и лобовой рамы. Грабельная решетка образована 11 металлическими пальцами. К лобовой раме прикрепляется прижимная рамка, которая поднимается и опускается выносным гидроцилиндром. Для сбора валков сена или соломы волокуша навешивается на специальное устройство впереди трактора, а для транспортировки готовых копен – на задний механизм навески трактора. Подъем и опускание грабельного аппарата осуществляются гидравлическим механизмом, который работает от гидросистемы трактора.

Процесс подбора валков сена или соломы проходит следующим образом. Грабельную решетку опускают и направляют вдоль валка. Пальцы грабельной решетки поднимают сено, и оно по решетке перемещается до упора в лобовую стенку. Спадание сена в стороны предотвращают боковые пальцы. После заполнения решетки достаточным количеством сена (300—400 кг, в зависимости от тяги трактора) с помощью прижимной рамки копну фиксируют, решетку поднимают в горизонтальное положение и транспортируют копну к месту будущего стога. Там опускают грабельную решетку, прижимную рамку поднимают, освобождают волокушу от копны, двигаясь при этом задним ходом.

Преимущества использования волокуши по сравнению с ручной уборкой сена или соломы заключаются в более полном сборе сена из валков в крупные копны правильной формы, которые расставляются на поле прямолинейно, что удобно для перевозки их к месту стогования или скирдования.

Гончарный круг

Гончарный круг – приспособление для изготовления изделий из глины, работающее благодаря инерции вращения.

Ручной гончарный круг состоит из массивного деревянного диска, который одновременно выполняет и роль маховика, укрепленного с помощью вертикальной оси на деревянной станине.

Левой рукой гончар раскручивает круг, ему нужно во время работы постоянно подкручивать его для поддержания равномерного вращения. Правой рукой мастер формует сосуд. На вылепленное вручную дно в виде круглой пластины укладывает жгутики одинаковой толщины, заранее подготовленные, наращивая виток за витком, увеличивая или уменьшая диаметр витка в зависимости от требуемой формы сосуда. Одновременно, смачивая руку в воде, мастер затирает щели между жгутиками и выглаживает поверхность сосуда. На таком круге одному лепить сосуды сложной формы трудно, поэтому в Древнем Египте и Греции при формовании таких сосудов гончарный круг вращал подмастерье, а гончар работал уже обеими руками.

Дисковая борона

Дисковая борона – сельскохозяйственное орудие, предназначенное для равномерного рыхления почвы с целью уничтожения сорных растений и уменьшения испарения влаги на обрабатываемом поле.

Бороны по массе, приходящейся на один диск, подразделяются на легкие (15 кг), средние (20—25 кг), тяжелые (30 кг). Могут быть прицепными и навесными различного захвата.

Основными рабочими органами являются сферические диски, собранные в батареи и насаженные на общие оси по двухследной схеме, т. е. на раме батареи, собранные из 5—12 дисков, устанавливаются в 2 ряда. Первый ряд делает развальную борозду, второй работает в свал, чем достигается более интенсивное рыхление и выравнивание поверхности поля. Угол установки дисков к линии движения называют углом атаки, его при работе можно менять. Подробно рассмотрим устройство двухсекционной четырехбатарейной бороны. В двух передних батареях по 11 дисков, а в двух задних – по 12. Диски передних батарей установлены выпуклостью внутрь, а диски задних – выпуклостью наружу. Чтобы при бороновании не было пропусков, диски заднего ряда перемещаются в промежутках между дисками переднего. Чтобы изменить угол атаки дисков, внешние концы батарей перемещают и фиксируют брус в отверстиях рамы двумя штырями. У борон этот угол колеблется в пределах от 12 до 25°. Каждая батарея дисков смонтирована на двух шариковых подшипниках. На специальных валиках установлены чистики, на раме укреплены два ящика для балласта. В рабочем положении борона перекатывается на дисках, в транспортном – опирается на два колеса с пневматическими шинами, установленными на коленчатых полуосях. При переводе бороны в транспортное положение гидроцилиндр поворачивает коленчатые полуоси колес, которые, подкатываясь под раму, выглубляют диски.

Навесная тяжелая дисковая борона имеет две секции, в каждой секции по две батареи. Диски батарей передней секции расположены выпуклостью внутрь, задней – выпуклостью наружу. Батареи монтируются на трубчатой сварной раме. К ее трубам прикреплены подшипники с самоподвижными сальниками. На раме также укреплена подвеска для присоединения к трактору. Кроме этого, на раме установлен балластный ящик. Чтобы диски не забивались, около каждого установлены чистики. Предусмотрена возможность установки трех углов атаки: 8, 13 и 18 перестановкой болтов крепления батарей в кронштейнах рамы.

Прицепная тяжелая дисковая борона также имеет четыре батареи, которые соединены в две секции. Каждая из них смонтирована на раме, рамы между собой связаны шарнирно. Каждая батарея состоит из пяти вырезных дисков, насаженных поочередно с распорными втулками на квадратную ось. Батареи крепятся к брусьям рамы. На брусьях укреплены ящики для балласта. Предусмотрена возможность изменения угла атаки: 6, 12, 15 и 18. Опускание в рабочее и подъем в транспортное положения выполняются выносным гидроцилиндром, включенным в гидросистему трактора, или при помощи рычажно-винтового механизма. Другие дисковые бороны отличаются от рассмотренных числом дисков в батареях или конструкцией рамы.

При движении орудия передний ряд дисков разваливает почву, а задний сваливает ее. Глубину хода регулируют, изменяя угол атаки и массу груза в балластных ящиках. Изменением длины верхней регулируемой тяги или перестановкой оси крепления нижних тяг устанавливают равномерное заглубление передних и задних батарей.

Дождевальные машины

Дождевальные машины – дождевальные системы, используемые для орошения полей, лугов и пастбищ.

Наиболее распространены короткоструйный дождеватель, дальнеструйный дождеватель (ДДА-100МА и ДДН-70 соответственно), самоходная дождевальная установка «Фрегат».

Короткоструйный дождеватель ДДА-100МА – двухконсольная ферма, монтируемая на трактор ДТ-75М. Насадки дефлекторного типа смонтированы корпусами вниз. Вода центробежным насосом по всасывающей трубе подается из оросительного канала в напорную сеть. Далее она попадает в открылки фермы и короткоструйные насадки, из которых в виде мелкого дождя орошает поле. Трактор движется вдоль канала со скоростью 0,5 км/ч. От вала отбора мощности трактора приводятся в действие рабочие органы дождевателя.

Дальнеструйный дождеватель ДДН-70 монтируется на тракторе ДТ-75 и Т-74. При работе дождевальной машины вода из оросительного канала под действием центробежного насоса по всасывающем трубопроводу подается в большой и малый стволы, заканчивающиеся струйными насадками и разбрызгивающей лопаткой.

Вода выходит двумя струями: из большого ствола орошается территория круга радиусом в 70 м, а из малого – центральная часть этого круга. Аппарат может вращаться вокруг вертикальной оси и выполнять полив и по кругу, и по сектору. Движение насосу и дождевальному аппарату передается от вала отбора мощности трактора.

И дальнеструйный, и короткоструйный дождеватели можно использовать также для внесения одновременно с поливом минеральных удобрений. У дальнеструйного дождевателя для этого предназначен бак, в который засыпают удобрения, затем заполняют его водой и вручную перемешивают. А у короткоструйной машины приспособление для внесения удобрений состоит из бункера, дозатора и смесительного барабана.

Самоходная машина «Фрегат» предназначается для кругового полива овощных, зерновых, технических культур и лугов и пастбищ.

Неподвижная опора изготавливается из стали в виде усеченной пирамиды и устанавливается над гидрантом оросительной сети. Гидрант при помощи поворотного колена соединяется водопроводящим трубопроводом машины, который составлен из стальных тонкостенных трубопроводов и имеет переменное сечение, уменьшаемое к периферии. На трубопроводе устанавливаются среднеструйные дождевальные аппараты кругового действия, а опирается он на двухколесные самоходные тележки с гидравлическим приводом. Также имеются система регулирования скорости движения, механическая и электрическая системы стабилизации трубопровода во время движения. При поливе дождевальная установка перемещается за счет энергии движущейся в трубопроводе воды (из-за переменного диаметра). Эта энергия используется в гидроприводе тележек. «Фрегат» транспортируют трактором, разворачивая колеса тележек под углом 90°, при этом водоподводящий трубопровод располагается вдоль движения.

Дождевальные машины применяют при недостатке влаги в засушливых районах. Стационарные автоматизированные дождевальные системы полностью устраняют использование при поливе ручного труда. Сроки полива при этом определяются специальными датчиками влажности почвы. Улучшение и регулирование водного режима положительно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур или на укосе зеленой массы.

Доильная установка

Доильная установка – комплекс машин и оборудования для доения коров и других сельскохозяйственных животных и первичной обработки молока.

Существуют доильные установки с односторонними параллельно-проходными станками, с двусторонним расположением доильных станков («Елочка», «Тандем»), с четырех– и трехсторонним («Полигон», «Тригон») и круговым («Томичка») расположением. Различают стационарные доильные установки («Елочка», «Тандем», «Молокопровод-100», «Молокопровод-200» и др.) и передвижные (УДС-3А), или переносные. Также применяются и конвейерные доильные установки с передвижными доильными станками, установленными на вращающейся платформе круглой формы или на пластинчатом, ленточном или тележечном конвейере.

Доильные установки представляют собой поточную полуавтоматическую или автоматическую линию, составными частями которой являются доильные аппараты, вакуумные насосы, молочные и вакуумные трубопроводы, охладитель молока, контрольная аппаратура (учет молока от каждого животного или группы, электронная система для распознавания номера животного, индивидуальное кормление). Для повышения производительности труда доильные установки могут укомплектовываться оборудованием для выполнения преддоильной санитарной обработки вымени, автоматическими стендами для промывки и дезинфекции установки. Доильные станки размещаются двумя параллельными рядами с траншеей шириной 1,4—1,6 м между ними, в которой работает дояр. В доильных установках карусельного типа станки размещены на кольцевой платформе, а рабочее место оператора по доению животных находится или внутри, или снаружи кольца, также ниже доильных станков для удобства работы.

Животные для доения допускаются в доильные станки по одному («Тандем») или сразу группой («Елочка»), или поодиночке на медленно вращающуюся платформу. В кормушках станков находится небольшое количество комбикорма или зеленой массы. Корове проводят санитарную обработку вымени вручную или на специальном оборудовании, затем надевают на соски вымени стаканы доильного аппарата. Под действием переменного разрежения, которое передается от вакуумных насосов по вакуумным трубопроводам к доильным станкам, происходит отсасывание молока. Из четырех стаканов оно собирается в коллекторе, а затем поступает в доильное ведро, бидон, которые затем относят или транспортируют в молочное отделение или оно движется по молокопроводу в отделение. Одновременно осуществляется учет количества молока. В молочном отделении молоко фильтруют, охлаждают и молоковозами отправляют на дальнейшую переработку. Доильные установки используются для доения животных в стойлах или доильных залах. Для подгона животных в доильных залах используют технических «подгонщиков». Использование доильных установок повышает производительность труда. Так, один оператор машинного доения в переносные ведра при доении на доильной установке выдаивает 15—18 коров в час, при доении в молокопровод – 25 коров, при использовании доильных установок – 60—70 коров в час.

Доильный аппарат

Доильный аппарат – устройство для механического доения коров.

Различают двухтактные (такты сосания и сжатия) и трехтактные (такты сосания, сжатия и отдыха) доильные аппараты. По устройству аппараты могут быть с однокамерными и двухкамерными станками.

Доильный аппарат состоит из четырех доильных станков, коллектора, пульсатора, молокопровода или доильного ведра, соединенных резиновыми шлангами. Двухкамерные доильные стаканы встречаются наиболее часто. Они состоят из сосковой резины с молочным патрубком и пластмассовой или металлической гильзы. Между резиной и гильзой образуется замкнутая межстенная камера, которая соединяется с пульсатором. Молочный патрубок соединяется с молочной камерой коллектора, связанного посредством резинового шланга с доильным ведром (бидоном) или молокопроводом.

После санитарной обработки вымени на каждый сосок корове надевают по доильному стакану. В двухтактном доильном аппарате при работе под соском возникает и поддерживается постоянное разрежение. Когда наступает такт сосания, разрежение наступает в межстенной камере. Молоко начинает вытекать из соска и через молочный патрубок поступает в молочную камеру коллектора. Во время такта сжатия в межстенной камере давление восстанавливается, сосковая резина сжимается и массирует сосок. Во время работы трехтактных доильных аппаратов во время такта отдыха, который создается мембранно-клапанным механизмом коллектора, под соском атмосферное давление восстанавливается практически полностью. Пульсатор преобразовывает постоянный вакуум в переменный. Вакуум распределяется коллектором. Молоко из всех четырех стаканов также собирает коллектор, от которого оно поступает в доильное ведро или молокопровод. Есть доильные аппараты с объединенными пульсатором и коллектором. В них воздушные и молочные шланги совмещаются.

Дробилка

Дробилка – машина для измельчения (дробления) твердого материала, кормов (зерна, сена, жмыха, зеленой массы, корнеплодов и др.).

Дробилки подразделяют на роторные, стержневые, щековые. Также их делят на дробилки крупного, мелкого и среднего дробления.

Агрегат АИР-20 является прицепной машиной. Привод осуществляется от вала отбора мощности трактора или электродвигателя. Сварная рама служит основанием для крепления рабочих механизмов агрегата. Колеса помогают маневрировать в отсеках складов и на площадках. Бункер имеет форму усеченной пирамиды, внутри него установлен подающий механизм, который совершает колебательные движения и подает удобрение в измельчающее устройство. Оно состоит из измельчающих барабанов, подпружиненных противорежущих пластин и прижимных щек. Форма барабанов цилиндрическая, к их поверхности приварены планки и штифты. Сепарирующее устройство состоит из рамы, пруткового отражателя и блока вращающихся качалок. Отгрузочный транспортер – это рама сварной конструкции с закрепленными на ней ведомым и ведущим барабанами с транспортерной лентой и натяжным механизмом. Откидной транспортер имеет такую же конструкцию.

Погрузчик загружает удобрения в таре в бункер машины, откуда они подающим механизмом направляются в измельчающее устройство, где происходят дробление комьев и измельчение мешкотары. Вся масса поступает на сепарирующее устройство, происходит отделение минеральных удобрений от примесей. Очищенные удобрения отгрузочным транспортером через откидной транспортер отправляют в транспортные средства.

Основные узлы дробилки кормов: загрузочный шнек, зерновой бункер с датчиками, магнитный сепаратор, дробильная камера, горизонтальный и выгрузной шнеки, шнек-питатель грубых кормов.

Зерно для дробления из бурта подается с помощью загрузочного шнека в зерновой бункер, заполнение которого регулируется специальными датчиками. Из него через отверстие, размер которого можно изменять регулировочной заслонкой, зерно попадает в магнитный сепаратор, где очищается от металлических предметов, случайно попавших в него. Затем зерно проходит в дробильную камеру, где молотилки и дека измельчают его. Дробленка пропускается через сменное решето и попадает на горизонтальный шнек дробилки, затем на выгрузной шнек и из него – в транспортные средства.

Грубый корм подается на приемный лоток питателя, витками наружного шнека-питателя вокруг внутреннего шнека-питателя приводится во вращение. В процессе перемещения грубый корм уплотняется и в виде витого рулона поступает на измельчение в дробильную камеру, где измельчается, через решето попадает в зарешетное пространство и шнеками выгружается в транспортные средства. Во время измельчения грубых кормов загрузочный шнек и бункер в работе не участвуют. Степень измельчения регулируется с помощью сменных решет. Производительность дробилки кормов при измельчении зерна 3,2—7,9 т/ч, сена и соломы 0,4—0,7 т/ч, кукурузы в початках 1,8—2,4 т/ч.

Жатка

Жатка – одна из основных частей самоходного комбайна или навесное приспособление для скашивания хлеба.

Комбайновая жатка (хедер) используется при прямой уборке, а валковая жатка, навешиваемая на комбайн или самоходное транспортно-уборочное шасси, – при раздельной уборке.

Комбайновая жатка имеет две части: корпус жатки и наклонный корпус. На корпусе смонтированы башмаки, режущий аппарат, делители, мотовило, шнек, вариатор оборотов и механизм привода. В наклонном корпусе установлен плавающий транспортер. Наклонный корпус присоединен к молотилке. Корпус жатки присоединен к наклонному корпусу, опирается на почву и копирует ее двумя башмаками. Движение рабочим органам жатки передается ремнем от шкива переднего приводного вала молотилки. Корпус жатки относительно молотилки можно регулировать, пользуясь подвесками (механизм уравновешивания). Основа мотовила – трубчатый вал с крестовинами и дисками. Число крестовин зависит от захвата жатки. Посредством эксцентрикового механизма к валу присоединяются пальцы с планками. Вариатор, состоящий из двух шкивов и клиновидного ремня, сообщает мотовилу наименьшую частоту вращения. Вал мотовила можно регулировать в вертикальном и горизонтальном направлениях относительно ножа. Режущий аппарат состоит из пальцевого бруса, одинарных кованых пальцев с вкладышами, ножа, прижимных лапок, пластин трения и направляющей головки ножа. Движение ножу передается через контрпривод, закрепленный на наклонном корпусе. Высоту среза регулируют перестановкой башмаков. При уборке полеглого хлеба применяют лифтеры (стеблеподъемники). Перепутанный хлеб помогают косить торпедные делители. Симметрично впереди молотилки располагается шнек. На его боковых участках имеются спирали, которые сдвигают стебли к середине, а в середине имеется подбирающий пальцевой механизм. Плавающий транспортер состоит из двух валов (ведущего и ведомого), цепей и планок.

Жатка снабжается эксцентриковым или обычным мотовилом, имеет корпус с копирующими башмаками, режущий аппарат с делителями и механизмами привода, механизм подвески и уравновешивания. Нет шнека, вместо него полотенно-планчатый или ременно-планчатый транспортер. Вместо плавающего транспортера имеет корпус навески с механизмами передач. Все механизмы у валковой жатки расположены справа.

Впереди жатки с обеих сторон установлены делители. Большого размера (торпедные) делители применяют на полеглых или высоких хлебах. Правый делитель называют полевым, его задача – отделять срезаемые стебли от несрезаемых. Левый делитель называют внутренним – он подводит к ножу стебли, отклоняющиеся от его левого края, также он является ориентиром для комбайнера при управлении движением машины. Планки мотовила подводят стебли к ножу, который перемещается в пальцах, а затем после среза подводят их к виткам шнека. Чем быстрее движется комбайн с хедером или валковой жаткой, тем лучше стебли самоподводятся к ножу. Планки мотовила устанавливают на определенной высоте, зависящей от высоты скашиваемого хлеба. И комбайновые, и валковые жатки являются копирующими. Они оборудованы специальными механизмами подвески и уравновешивания, благодаря которым в процессе работы автоматически обеспечивают установленную высоту среза. Кошение осуществляется таким образом: каждая из планок мотовила, погружаясь в хлеб, отделяет узкую полоску стеблей и подводит ее к ножу. Пальцы режущего аппарата разделяют ее на отдельные части (по 6—10 стеблей), которые и срезаются ножом, а затем планками мотовила подводятся к шнеку. Шнек должен сначала сузить поток скошенных стеблей и передать его плавающему транспортеру. На прямой уборке хлеб поступает в жатку равномерно, а при раздельной может произойти захват очень толстого слоя стеблей, это может заклинить ведомый вал. Однако вал подвешен так, что свободно перемещается в вертикальном и горизонтальном направлениях относительно дна наклонного корпуса. Шнек и плавающий транспортер непрерывно доставляют скошенные стебли к выходу из наклонного корпуса. Отсюда стебли попадают в приемную камеру молотилки комбайна. Стебли, убранные валковой жаткой, равномерно укладываются на стерню в виде валка с помощью полотенно-планчатого или ременно-планчатого транспортера. Его верхняя ветвь движется в сторону выбросного окна, перемещая скошенный хлеб. Правая сторона транспортера благодаря различной длине лент, составляющих его, получается ступенчатой, что улучшает формирование валка. Ножи-очистители предупреждают наматывание стеблей на ведущий и ведомый валики лент. На всех современных комбайнах имеются гидравлические системы, которые помогают водителям выполнять трудоемкие регулировки быстро и легко. Это подъем и опускание жатки, регулирование положения мотовила по вертикали и горизонтали; изменение частоты вращения мотовила. При работе на засоренных полях или на влажных или рыхлых почвах при помощи гидравлики управляют высотой среза, выключая из работы копирующие башмаки.

Зубовая борона

Зубовая борона – сельскохозяйственное орудие, предназначенное для равномерного рыхления почвы с целью уничтожения сорных растений и уменьшения испарения влаги.

По массе, приходящейся на один зуб бороны, их подразделяют на тяжелые, средние и легкие (посевные). Зубья имеют квадратное, ромбовидное или круглое сечение.

Тяжелая зубовая борона используется для дробления комков почвы после вспашки и для сохранения влаги. Борона состоит из трех звеньев, которые соединяются вагой с прицепами. Между собой звенья связаны цепями. Борона имеет стальные зубья квадратного сечения. Ширина захвата орудия 2,9 м.

Средняя зубовая борона служит для боронования посевов озимых культур ранней весной. Ширина захвата 2,9 м.

Посевная борона используется для рыхления почвы перед посевом, для разбивания почвенной корки, которая образуется поле дождя или полива, и заделки в почву удобрений. Зубья у бороны круглого сечения. Ширина захвата 1,77 м.

Сетчатая облегченная навесная борона применяется для рыхления верхнего слоя почвы и уничтожения сорняков на полях, имеющих неровный рельеф. Также ее используют для довсходового боронования картофеля, посаженного в гребни. Борона имеет две секции, которые соединены между собой брусом. Каждая секция – это рамка, внутри которой и размещается борона, имеющая зубья круглого сечения, подвижно соединенные между собой. Они как бы образуют сетку, хорошо копирующую рельеф поверхности поля. Ширина захвата бороны 4 м.

Каток полевой

Каток полевой – сельскохозяйственное прицепное или навесное орудие, предназначенное для прикатывания почвы.

Катки бывают кольчатые, кольчато-шпоровые, кольчато-зубчатые, борончатые, гладкие водоналивные и др.

Прицепной кольчато-шпоровый каток состоит из трех секций. В каждой секции 13 чугунных дисков диаметром 500 мм, они свободно надеты на ось. На каждом диске есть клинообразные шпоры-шипы по обеим сторонам окружности обода. При вращении дисков почва уплотняется, а шпоры разрыхляют ее верхний слой. Степень давления и рыхления можно менять, изменяя груз в балластных ящиках. Ширина захвата трех секций 5,7 м.

Прицепной кольчато-зубчатый (ножевой) каток состоит из трех секций общим захватом 8,1 м. Рабочие органы – кольца с зубчатыми ободьями.

Навесной борончатый каток состоит из пяти секций. В каждой секции по два зубчатых катка, закрепленных на прямоугольных рамках. Рамы связаны друг с другом цепями и присоединены к каркасу, на котором монтируется подвеска для присоединения к трактору.

Гладкий водоналивной каток состоит из трех пустотелых металлических барабанов длиной 1,4 м и диаметром 0,7 м. Их вместимость 500 л. Изменяя количество воды, можно регулировать давление на почву. Ширина захвата – 4 м.

Перед посевом почву прикатывают для выравнивания поверхности поля и уплотнения. Прикатывание после посева обеспечивает лучший контакт семян с землей и вытягивает влагу из нижних слоев почвы. Прикатывание рыхлого слоя предупреждает его оседание во время полива или роста растений. Чтобы после прикатывания сохранить влагу, верхний слой обязательно нужно разрыхлить на 3—4 см.

Комбайн

Комбайн – самоходная машина, используемая в сельском хозяйстве для уборки урожая зерновых и других культур.

В устройстве комбайна выделяют шесть основных частей: жатку (хедер), молотилку, ходовую часть, двигатель, подборщик, копнитель.

Жатка имеет следующие части и механизмы: корпус с копирующими башмаками, наклонный корпус с плавающим транспортером, механизмы уравновешивания и подвески, мотовило с механизмом регулирования и вариатором оборотов, режущий аппарат с делителями и механизмом привода, шнек.

Молотилка включает в себя молотильное устройство, соломотряс, очистку с транспортирующими устройствами (шнеками и элеваторами), систему передач, кабину (площадку) управления, электрооборудование и гидравлическую систему.

Ходовая часть состоит из вариатора и мостов ведущих и управляемых колес. Мост ведущих колес включает в себя сцепление, коробку передач, дифференциал, два боковых редуктора, ведущие колеса и тормозную систему.

На комбайнах применяются незначительно переделанные тракторные двигатели, для заводки которых используют двухтактный карбюраторный двигатель (пускач), запускаемый электрическим стартером.

Подборщики могут быть двух типов: барабанный и полотенно-транспортерный. Барабанный подборщик состоит из каркаса с копирующими башмаками, грабельного механизма и привода. Основными частями полотенно-транспортерного подборщика являются рама, ведущий вал, два ведомых вала, два транспортера, уравновешивающее устройство, копирующие катки, съемные массы и механизмы привода.

Копнитель включает в себя камеру, соломонабиватель, половонабиватель, механизм выгрузки, гидравлическую систему закрытия заднего клапана, сигнализатор. Копнитель может быть заменен универсальным приспособлением и прицепной тележкой.

Процесс уборки начинается с работы жатки. Планки мотовила подводят стебли к ножу и после среза подводят их к шнеку. Шнек передает поток срезанных стеблей на плавающий транспортер, откуда они поступают в приемную камеру молотилки. Удары бичей и трение разрушают колосья, выбивают из них зерно. Хлебная масса превращается в грубый ворох, состоящий из зерна, соломы, половы и других примесей. Около трети вымолоченного зерна с половой просеивается через отверстия деки молотильного устройства и попадает на транспортную доску. Отбойный битер с решеткой и соломотряс выделяют оставшееся зерно с мелкими примесями. Клавиши соломотряса доставляют солому в копнитель, куда также поступают полова и сбоина. Зерновая смесь скапливается на транспортной доске, которая с пальцевой решеткой и верхним решетом образует грохот очистки. Под грохотом располагается решетный стан с нижним решетом. Зерновая смесь с транспортной доски перемещается на пальцевую решетку и подвергается действию воздушной струи от вентилятора, которая выдувает все легкие частицы, а крупные задерживает на своей поверхности пальцевая решетка. Чистое зерно, пройдя через оба решета, попадает на скатную доску решетного стана и с нее – в кожух зернового шнека. Элеватор доставляет зерно в бункер. Когда бункер заполняется зерном, его разгружают через специальный шнек в автомашину. На заднем участке верхнего решета улавливаются измельченные, но не обмолоченные колосья. Просеиваясь через удлинитель, они попадают в кожух колосового шнека, куда также попадает часть крупных примесей с нижнего решета. Шнек подает всю массу на повторный обмолот.

Для раздельной уборки требуется другая жатка – валковая. В ней нет шнека, вместо него – ременно-планчатый или полотенно-планчатый транспортер. А вместо наклонной камеры с плавающим транспортером она имеет корпус навески с механизмами передач. Все механизмы (привод ножа и мотовила) у нее расположены справа. С комбайна снимают хедер и на его место навешивают жатку, в движение она приводится от двигателя комбайна, все рабочие органы комбайна, кроме двигателя, ходовой части и некоторых передач, в данном случае бездействуют. Стебли, убранные валковой жаткой, равномерно укладывают на стерню в виде валка. Это обеспечивает полотенно-планчатый или ременно-планчатый транспортер. Его устанавливают на два валика – ведущий и ведомый, последний также является и натяжным. Транспортер движется в сторону выбросного окна, перемещая скошенный хлеб. Когда наступает время подбора валков и их обмолота, от молотилки снимают валковую жатку, навешивают комбайновую, с нее снимают мотовило, цепь привода мотовила и навешивают на нее подборщик. Его пружинные пальцы захватывают стебли и доставляют к шнеку жатки. Далее процесс протекает так же, как при прямой уборке: транспортер перемещает хлебную массу к приемной камере, откуда она попадает в молотильный аппарат. В жатке с подвешенным подборщиком не используются режущий аппарат и мотовило. Функционируют лишь шнек и плавающий транспортер. Подборщик работает от системы передач жатки.

Первый советский зерновой комбайн был собран в г. Запорожье в 1930 г. В 1932 г. комбайны стали выпускать еще два завода: «Саркомбайн» и Ростсельмаш (их марки «Коммунар», СЗК и С-1 соответственно).

В 1936—1941 гг. изготавливались безмоторные комбайны СКАГ-5А на Люберецком заводе. На этих комбайнах ставились штифтовые барабаны. В 1947 г. промышленность стала выпускать комбайны С-6 и С-4. В 1955 г. С-4 был подвергнут улучшениям. С 1958 г. применялся лишь бильный барабан, исключая комбайны, предназначенные для уборки риса. Долго сохранялись параметры молотильных устройств (диаметр барабана, размеры отбойного битера). На самоходном комбайне С-4 (1947) была установлена сложная по конструкции дека: три секции расположили уступами, две передние подрессорили, а задняя была жестко зафиксирована. В 1956—1957 гг. при конструировании СК-3 была принята односекционная дека с жесткой фиксацией. В середине 1960-х гг. изменения коснулись молотильно-сепарирующих органов. Были созданы СКД-5, СК-4А, СК-5, СК-6 и др. В СКД-5 была реализована идея обмолота двумя одинаковыми барабанами. В СК-4А дека двухсекционная, отбойному битеру увеличили окружную скорость, что позволило увеличить пропускную способность комбайна. Этот же принцип реализован в СК-5 («Нива») и СК-6 («Колос») с дополнением – увеличение диаметра барабана и угла обхвата деки, что привело к возрастанию процесса сепарации зерна в молотильном устройстве. На базе последних созданы и двухбарабанные модификации – СК-5-II и СК-6-II. Главная задача конструкторов на современном этапе – повышение производительности комбайнов без изменения их габаритов и массы в сторону увеличения. Наибольшее распространение получили комбайны «Нива» и «Енисей». Продолжаются поиски новых технологических процессов обмолота, сепарации и очистки, устанавливаются шумовиброизолированные кабины с кондиционерами, рулевая колонка с регулированием по углу наклона, широко используется гидравлика.

Косилка

Косилка – навесное сельскохозяйственное орудие, предназначенное для кошения трав.

Главным рабочим органом косилки является режущий аппарат, имеющий захват 2,1 м. Он расположен справа и позади трактора. Его основными частями являются пальцевой брус с пальцами и нож. Пальцы на брусе закреплены неподвижно. В прорезях пальцев укреплены стальные вкладыши, на кромках которых сделаны насечки, предотвращающие выскальзывание стеблей при их кошении. В прорезях пальцев движется нож, состоящий из спинки и приклепанных к нему трапециевидной формы сегментов, каждый из которых имеет два заточенных лезвия. Лезвие сегмента и кромка вкладыша образуют режущую пару. Резание происходит по принципу ножниц: лезвие сегмента прижимает стебли к кромкам вкладышей. При работе режущий аппарат опирается на два башмака. К правому наружному башмаку прикреплена полевая доска, имеющая на внутренней стороне прутки-стеблеотводы. К внутреннему башмаку прикрепляется прут, который отводит траву в сторону. Под башмаками укреплены стальные полозки. На них имеется несколько отверстий, в любое из которых можно продеть болт. При перестановке полозков брус или опускается, или поднимается, вместе с этим будет изменяться и высота срезанной травы. С внутренним башмаком связан главный шарнир, который посредством тяговой штанги соединяется с рамой косилки. Внутренний башмак жестко скреплен с пальцевым брусом и присоединен к главному шарниру двумя штырями, входящими в проушины. Поэтому брус при работе косилки может поворачиваться вокруг штырей и приспосабливаться к неровностям рельефа. На тяговой штанге главный шарнир закреплен болтами с гайкой, между гайкой и кронштейном, приваренным на штанге, установлена рифленая шайба. Она тесно прижата к рифленому сектору, сцепленному своими боковыми выступами с кронштейном механизма подъема. Кронштейн и рифленый сектор имеют продолговатые отверстия. Переставляя гайку по сектору, регулируют наклон режущего аппарата. Второй конец штанги шарнирно присоединен к оси, запрессованной в раму косилки. Для устойчивого расположения режущего аппарата относительно рамы с главным шарниром еще соединен наружный конец передней тяги, называемый шпренгелем. Им можно регулировать вынос наружного конца режущего аппарата. Нож режущего аппарата через эксцентриковый механизм, связанный клиноременной и карданной передачами с валом отбора мощности трактора, получает возвратно-поступательные движение. За один оборот вала нож делает два полных хода.

При движении косилки трава попадает в растворы пальцев режущего аппарата и быстродвижущимися сегментами ножа срезается. Скошенная трава переливается через режущий аппарат и укладывается на поверхность поля. Прут, прикрепленный к внутреннему башмаку, отводит срезанную часть травы от головки ножа в правую сторону. А полевая доска со стеблеотводами отводит траву в левую сторону, чтобы при следующем проходе косилки внутренний башмак шел по чистому лугу, не приминая уже скошенную траву.

Косилки-плющилки используются для одновременного кошения травы и плющения стеблей.

Косилки-измельчители применяют для подбора провяленной травы из валков, ее измельчения и погрузки в транспортные средства. Их часто используют для уборки силосуемых культур с высотой стеблей до 1,5 м.

Культиватор-растениепитатель

Культиватор-растениепитатель – навесное орудие, используемое для обработки низкостебельных пропашных культур: подрезания сорняков, рыхления междурядий; внесения в почву минеральных удобрений, окучивания, нарезания поливных борозд, опрыскивания растений гербицидами.

Культиватор КРН 2,8М используют для обработки культур, высеянных шестирядной сеялкой с междурядьями 45 см. Он состоит из поперечного бруса-рамы, опирающегося на два колеса, шести секций с рабочими органами и соединительной навесной рамки. К брусу также крепятся три баночных туковысевающих аппарата с цепным приводом от опорных колес культиватора, тукопроводы, подкормочные ножи и подложная доска с поручнем. Опорное колесо копирует рельеф и поддерживает постоянную глубину обработки. К рабочим органам относятся шесть правых и шесть левых односторонних лап (бритв) с шириной захвата 150 мм, шесть правых и шесть левых односторонних лап с шириной захвата 85 мм, три правые и три левые односторонние лапы с изогнутой стойкой с шириной захвата 85 мм, шесть стрельчатых лап с шириной захвата 270 мм, двенадцать игольчатых дисков и восемнадцать долотообразных лап. Также культиватор комплектуют шлейф-балкой для выравнивания почвы при закрытии влаги и предпосевной обработке; легкими навесными боронами, легко вращающейся мотыгой для разрушения почвенной корки до появления всходов и после всходов.

Культиватор КРН 4,2 применяется при посеве культур шестирядной сеялкой с междурядьями 60 см. Он дополнительно может комплектоваться семью окучниками. На раме культиватора крепятся туковысевающие аппараты, тукопроводы и семь шарнирно присоединенных поводковых секций с подкормочными ножами, используемыми для внесения минеральных удобрений в междурядья, и полольными лапами для подрезания сорняков. Для сохранения постоянной глубины обработки почвы также под каждой секцией смонтированы опорные копирующие колеса. Поперечный брус опирается на два ходовых колеса, которые вместе с секциями можно переставлять по брусу и таким образом регулировать ширину обрабатываемых междурядий. Стрельчатые и односторонние – левые и правые – полольные лапы используются для подрезания сорняков. Долотообразными лапами рыхлят междурядья на глубину до 16 см. Левая и правая лапа-отвальщик присыпает землей сорняки в зоне, не обрабатываемой культиватором (защиткой). Прополочные боронки имеют девять пружинных зубьев, при помощи которых они рыхлят землю и вычесывают сорняки в междурядьях и защитной зоне. Ротационные игольчатые диски используют для обработки защитных зон на плотных почвах. При работе культиватора на повышенных скоростях для защиты возделываемых растений от засыпания их почвой используют щиток-домик. Чтобы правильно расставить рабочие органы по ширине захвата, применяют разметочную доску, на которой нанесены продольная средняя линия культиватора, осевые линии рядков и защитные зоны. Туковысевающий аппарат работает следующим образом. Минеральные удобрения засыпают в цилиндрические банки, у которых дно выполнено в виде чугунной вращающейся тарелки с отогнутыми вверх краями. Над тарелкой располагаются два вращающихся диска. Тарелка, вращаясь, подводит удобрения к дискам, которые их сбрасывают непременно в приемную камеру. Из приемной камеры по воронкообразному тукопроводу удобрения поступают в подкормочный нож, который заделывает их в почву на глубину до 16 см. Тарелки и диски приводятся в движение от колеса культиватора. Норму высева удобрений регулируют уменьшением числа оборотов тарелки и дисков и размеров отверстия, через которое удобрения попадают из банки в тарелку. Данные культиваторы также можно использовать для опрыскивания рядков растений растворами химических препаратов, используемых для уничтожения сорняков (гербицидами). На время обработки на трактор крепятся два бака с растворами гербицида, а на навесной агрегат укрепляются шланги, трубы и распылители, посредством которых раствор подводится к рядкам растений и опыляет их.

Кустарниково-болотный плуг

Кустарниково-болотный плуг – прицепное и навесное сельскохозяйственное орудие, применяемое для вспашки почвы на задерненных лугах и пастбищах, покрытых низким кустарником.

Прицепной однокорпусный плуг состоит из рамы, на которой крепятся рабочие органы плуга – корпуса. Рабочая поверхность корпуса полувинтовая с долотообразным лемехом. К отвалу крепится регулируемое перо. Сверху полевой доски для повышения устойчивости плуга и уменьшения давления на стенку борозды крепится уширитель. При работе на минеральных почвах и почвах, раскорчеванных из-под крупного леса, перед корпусом устанавливают черенковый нож, на рыхлых и торфяных почвах – дисковый нож, разрезающий пласт на полную глубину вспашки в вертикальной плоскости. Дисковый нож разрезает корни кустарников и различные древесные остатки. При пахоте заболоченных почв с погребенной древесиной на плуг монтируют плоский нож с опорной лыжей. Винтовые подъемные механизмы с храповым автоматом выполняют функцию установки двух передних и заднего колес в соответствии с заданной глубиной вспашки, которую можно регулировать перестановкой прицепа в отверстиях понизителя. Можно установить на плуге выносной гидроцилиндр и управлять им от гидросистемы трактора. Ширина захвата корпуса 100 см.

Навесной кустарниково-болотный плуг несет одно опорное колесо и подвеску для присоединения к тягам навески трактора. Рабочая поверхность корпуса полувинтовая. Впереди корпуса установлен черенковый нож с криволинейным лезвием. На плуге смонтированы нож с опорной лыжей и кустоукладчик для работы на покрытых кустарником участках. Перестановкой по высоте опорного колеса при воздействии на него винтовым механизмом можно регулировать глубину хода плуга.

Однокорпусный навесной плуг предназначен для вспашки болот и суходольных земель, которые покрыты кустарником высотой до 4 м. Рабочая поверхность корпуса полувинтовая. Корпус имеет перо-удлинитель и крепится на раме. Массивная рама опирается на опорное колесо, имеющее широкий обод. В передней части рамы установлена стойка, соединенная с верхней тягой навески трактора. Нижние тяги навески связаны с пальцами. На раме укреплены опорные лыжи с плоским ножом. Полевая доска уширена для устойчивости хода орудия. Треугольной формы черенковый нож шарнирно присоединен к кронштейнам трактора и тягой связан с механизмом навески. Ширина захвата корпуса 75 см.

Трехкорпусный навесной плуг применяют для вспашки окультуренных торфяных почв. Корпуса имеют полувинтовую рабочую поверхность. Перед корпусами устанавливаются дисковые ножи. Глубина вспашки устанавливается опорным колесом. Выпускались плуги с корпусами, имеющими поверхности культурного типа, перед каждым корпусом устанавливались предплужники с полувинтовой рабочей поверхностью. Тогда перед предплужниками второго и третьего корпуса устанавливаются дисковые ножи. Корпуса имеют долотообразные лемеха и полевые доски со сменными щитками. Плуг соединяют с навеской трактора по двухточечной схеме. Глубину вспашки регулируют изменением длины тяг навески трактора и положением по высоте опорного колеса. Ширина захвата корпуса 45 см.

Лущильник

Лущильник – сельскохозяйственное орудие, предназначенное для лущения стерни после уборки урожая.

Лущильники могут быть навесными, полунавесными, прицепными с дисковыми и лемешными рабочими органами.

Рабочими органами дискового лущильника являются сферические диски, собранные в специальные батареи и насаженные на общую ось. Батареи соединяются в секции по односледной схеме.

Лущильник состоит из сварной рамы, спереди которой расположен прицеп для соединения с трактором, левого и правого боковых брусьев с устройствами для регулирования положения двух крайних колес. Два средних колеса надеты на ось в задней части рамы. Имеются две тяги и восемь (по четыре с каждой стороны) батарей с рамками. Каждая батарея, кроме перекрывающей, состоит из девяти дисков. Диски надеваются на квадратную ось, между ними помещают чугунные распорные втулки (шпульки). В двух промежутках между дисками ставят специальные шпульки, на которых монтируют по два разъемных подшипника. Перекрывающая батарея снабжена десятью дисками, у нее удлиненная рамка, которая выносит ее назад, и за счет этого данная батарея обрабатывает полосу поля, находящуюся в стыке средних батарей. Собранные батареи должны свободно вращаться в подшипниках. В верхней крышке подшипника устанавливается масленка. Батареи дисков подшипниками соединяются с рамкой. Рамка ушками шарнирно связана с понизителями, которые установлены на брусе. На кронштейн рамки крепятся балластный ящик и скребковое устройство для очистки с дисков налипшей почвы. На скребковом устройстве закрепляют крюки для сцепления батарей при их транспортировке.

Угол установки дисков к линии движения при работе можно изменять, его называют углом атаки. И на брусьях имеется по пять отверстий с указанием значения угла атаки дисков при установке штыря в этом отверстии. Для удобства установки имеются упоры. Крайние упоры постоянные, их используют для установки дисков на углы атак 35, 15 и 0°. Переставной упор служит для установки на углы атак 18, 21, 25 и 30°. Лущение стерни обычно выполняется при угле атаки 35°.

При движении агрегата диски вращаются и подрезают остатки растений, крошат обрабатываемый слой почвы. Глубину обработки, степень рыхления пласта земли и полноту подрезания растительных остатков можно увеличить, если увеличить угол атаки. Глубину обработки также можно увеличить или уменьшить путем изменения массы груза в балластных ящиках.

К основным рабочим органам лемешного лущильника относится корпус, укрепленный в грядильной раме плужного типа, которая опирается на три колеса: полевое, идущее по еще не обработанному полю, бороздное и заднее, идущих по дну открытой борозды. Составными частями корпуса являются лемех, отвал, полевая доска и стойка. В нижней части стойки корпуса имеется выемка для установки и крепления лемеха и отвала. Полевая доска компенсирует боковые реакции почвы и предотвращает смещение агрегата в сторону.

При движении лемех подрезает пласт снизу, немного его приподнимает и передает на отвал. Отвал оборачивает пласт земли и крошит его. Глубина лущения устанавливается в поле путем поднятия полевого и бороздного колес и выравнивания рамы.

Гидрофицированный дисковый лущильник – батареи дисков монтируются на шариковых подшипниках, корпусами которых батареи соединены с рамками. Колеса также смонтированы на шарикоподшипниках, при этом оси средних колес на раме устанавливают жестко, а крайние вращаются на самоустанавливающихся вилках. Из рабочего положения в транспортное агрегаты переводятся гидроцилиндрами секций, которые установлены на брусьях и подключаются к гидросистеме трактора.

Плуг-лущильник пятикорпусный прицепной используют для лущения стерни на глубину 6—12 см и для перепашки земли на глубину до 18 см. Лущильник состоит из плоской грядильной рамы, на которой установлены пять корпусов, это позволяет довести общий захват отрабатываемой полосы до 1,25 м. Корпуса из рабочего в транспортное положение переводятся выносным гидроцилиндром, работающим от гидросистемы трактора.

Навесной лемешной лущильник не имеет собственной рамы и монтируется на раме навесного плуга. Перед его установкой с плуга снимают все корпуса, предплужники, дисковый нож, а затем уже монтируют балку лущильника с пятью корпусами. Общий захват лущильника составляет 1,25 м.

Полунавесной плуг-лущильник несет десять корпусов, каждый из которых имеет рабочий захват 25 см. Его рама состоит из двух шарнирно связанных секций. Корпуса имеют полувинтовую рабочую поверхность (хуже крошит пласт, но лучше его оборачивает). При транспортировке рама в передней части поддерживается навеской трактора, а сзади и в середине опирается на два ходовых пневматических колеса.

Мала

Мала – орудие для выравнивания и уплотнения почвы на орошаемых землях. Используется в среднеазиатских странах.

Мала представляет собой четырехгранный деревянный брус, который применяют для подготовки поля к посеву и последующим поливам. Мала сдвигает гребни, разминает крупные комки земли, выравнивая поверхность поля, смещая почву в углубления и слегка уплотняя ее верхний слой.

Маркер

Маркер – орудие или приспособление (от фр. marquer – «отмечать»), которое на поле образует бороздки, по которым направляют посадочный или посевной агрегат для прямолинейности движения и для того, чтобы стыковое междурядье смежных проходов этих агрегатов было равно внутрисеялочному.

Конструктивно маркер выполнен в виде сферического диска диаметром 250—300 мм, установленного на конце раздвижных штанг, которые шарнирно связаны с рамой сеялки или сцепки. Маркер чертит след (бороздку), по которому тракторист ведет при каждом следующем проходе правое переднее колесо трактора или край правой гусеницы. По маркерному следу также можно вести середину трактора (пробкой радиатора по следу). Расстояние от диска маркера до крайнего сошника сеялки называется длиной маркера (вылетом). Так, например, для трехсеялочного агрегата вылет для правого маркера Мпр = 0,5(B + b – с), для левого Млев = 0,5(B + b + с), где В – ширина захвата агрегата, b – ширина междурядья, с – расстояние между внутренними кромками гусениц или серединами передних колес трактора. Если трактор ведут серединой по маркерному следу, то вылеты правого и левого маркеров будут равными: Мпр = Млев = 0,5(8 + b).

Молотилка

Молотилка – часть машины (комбайн) или машина для обмолота сельскохозяйственных культур – выделения семян из колосьев, початков, метелок, корзинок. Некоторые молотилки очищают и сортируют обмолоченное зерно.

Все узлы молотилки сконструированы на сварной раме. Рабочие органы приводятся в движение от электродвигателя. Молотильный аппарат состоит из барабана и подбарабанья. На валу барабана закреплены два диска, охваченные листовой сталью. На этом цилиндре по винтовой линии размещаются четыре ряда шипов. Барабан помещен внутри подбарабанья, который также выполнен в виде цилиндра из стали. В верхней его части есть окно для поступления початков, сбоку – окно для выхода стержней обмолоченных початков. Нижняя часть подбарабанья выполнена в виде решета. К боковинам рамы молотилки стальными пружинами прикреплен однорешетный сепаратор, совершающий колебательные движения. К основным рабочим органам молотилки также относятся вентилятор и транспортирующие устройства для початков, зерна и примесей. Загрузочный транспортер состоит из двух бесконечных ремней, которые надеты на ведущий и ведомый шкивы. К ремням крепятся деревянные планки. Полотно транспортера помещено в кожух, в верхней головке которого монтируется натяжное приспособление. Транспортер зерна представляет собой крючковую цепь со скребками из прорезиненного ремня, полотно также находится в кожухе, в верхней головке которого монтируются держатели мешков. Транспортер стержней початков кукурузы выполнен так же, как транспортер зерна, но к звеньям цепи крепятся не прорезиненные, а металлические скребки.

Загрузочный транспортер забирает початки кукурузы из приемного ковша и подает их в расположенный над молотильным аппаратом бункер. Из бункера початки попадают в пространство между молотильным барабаном и подбарабаньем. При вращении барабана початки обмолачиваются. Часть зерна с мелкими примесями проваливается сквозь решетку подбарабанья и попадает в желоб зернового шнека. Воздушный поток от вентилятора при этом обдувает зерно с примесями, легкие примеси выносятся из молотилки по рукаву. При помощи шнека зерно подается к приемной воронке загрузочного скребкового транспортера, поднимается по нему и ссыпается в мешки. Часть вороха, которая не прошла сквозь просветы решета подбарабанья, поступает на решетный сепаратор. На решете отделяется зерно, оно поступает в желоб зернового шнека. А стержни попадают на транспортер стержней, который их выносит из молотилки.

Льномолотилка – машина для обмолота льна. Все узлы и детали молотилки МЛ-2,8П собраны на сварной раме, которая опирается на пневматические колеса ходовой части. Рабочие органы приводятся в движение от вала отбора мощности трактора или электродвигателя при помощи ременной передачи. Зажимной транспортер состоит из двух секций: нижней – опорной и верхней – нажимной. Каждая из них установлена на рамке и представляет собой бесконечный ремень, надетый на два шкива – ведущий и ведомый. Ремни изготовлены из прорезиненной ткани. Очесывающий аппарат состоит из двух барабанов одинаковой конструкции. На валу шпонками и установочными кольцами укреплены три диска. В гнездах наружных поверхностей дисков установлены планки с кривыми зубьями – гребенки. Промежутки между гребенками закрыты щитками из стали, которые и образуют обшивку барабана. На каждом барабане по четыре гребенки – две длинные и две короткие. На длинных – одиннадцать зубьев, они расположены по всей длине барабана, на коротких гребенках их семь и только на половине длины барабана. Длинные и короткие гребенки чередуются между собой. На каждой гребенке установлены зубья четырех размеров. Короткие расчесывают сноп, а длинные очесывают семенную часть снопа (по два размера). Барабаны расположены так, что при их вращении длинная гребенка одного из них встречается с короткой гребенкой другого. Терочный аппарат функционирует по принципу плющения. Он состоит из двух обрезиненных деревянных вальцов одинакового диаметра. Корпуса подшипников вальца подпружинены, перемещаются в направляющих скобах, преодолевая сопротивление пружин. Вальцы вращаются с разной частотой, чтобы аппарат разрушал головки и перетирал их. Над вальцами установлен ковш без дна, по которому ворох поступает к вальцам. Грохот и очистка обрабатывают ворох, выделяя из него путанины и чистые семена льна. Грохот – это сварной каркас, в котором смонтировано решето, под ним расположены ступенчатая и скатная доски и лоток, направляющие семена и мелкие примеси в нижнюю головку транспортера вороха. Грохот подвешен на четырех подвесках, колебательные движения ему передаются от эксцентрикового вала двумя шатунами. Очистка состоит из деревянного решетного стана, имеющего четыре решета, и вентилятора. Стан монтируется на двух подвесках и опирается на два коромысла. Нижние концы коромысел шатунами связаны с каркасом грохота. Вентилятор выполнен в виде четырехлопастного крылача в кожухе. От грохота на очистку ворох подает транспортер ковшового типа. Эксгаустер выполнен в виде крылача в кожухе, к нижнему патрубку которого присоединен трубопровод, подающий полову в бункер.

Снопы льна подаются в зажимной транспортер головками в сторону очесывающего аппарата. Зажатый ремнями сноп перемещается поперек машины. Очесывающие барабаны гребнями пронизывают стебли снопа и обмолачивают их. Ворох поступает в терочный аппарат, а очесанный сноп зажимным транспортером выводится из машины. Ворох перетирается вальцами терочного аппарата и передается на грохот, где из вороха выделяются путанина и крупные примеси и выводятся из машины, а семена льна и оставшиеся примеси проваливаются сквозь решето грохота и попадают в нижнюю головку транспортера вороха. Из ковшей транспортера ворох выбрасывается на верхнее решето очистки.

Неперетертые головки льна направляются в терочный аппарат для повторной обработки. Семена льна, полова и мелкие примеси поступают на два следующих решета, откуда полова воздушным потоком от вентилятора направляется в половосборник, засасывается эксгаустером и направляется в бункер. Семена льна и оставшиеся мелкие примеси сквозь отверстия решет идут на нижнее подсевное решето, сход с которого представляет собой чистые семена льна, которые по лотку поступают в мешки. Мелкие примеси идут в проход и собираются в другие мешки.

Ножной гончарный круг

Ножной гончарный круг – приспособление для изготовления изделий из глины, работающее благодаря инерции вращения, создаваемого при помощи ноги.

Ножной гончарный круг состоит из деревянной станины, вертикальной металлической оси и двух деревянных дисков. В верхней части оси укреплен небольшой диск, на нем гончар формует изделия. А в нижней части установлен маховик в виде большого деревянного круга. Нижним концом ось упирается в упорный подшипник.

Мастер вращает правой ногой маховик, периодически подталкивая его, чтобы не угасло равномерное вращательное движение. Освободившимися обеими руками он может изготавливать более сложные сосуды из целого куска глины. Ножной круг благодаря повышенной мощности быстро вытеснил ручной круг.

Оборотный плуг

Оборотный плуг – навесное сельскохозяйственное орудие, предназначенное для гладкой пахоты без разъемных борозд и свальных гребней не засоренных камнями полей.

Оборотный плуг имеет два правооборачивающих и два левооборачивающих корпуса с предплужниками, двумя дисковыми ножами для разрезания стерни, которые устанавливают перед последними корпусами, одно опорное колесо, при помощи которого регулируют глубину вспашки поля. Ширина захвата орудия 0,6 м.

Пользуясь этим плугом, пахоту можно начинать с любого края поля, не разбивая его на загоны и не делая холостых проходов. При движении агрегата в одном направлении работают правооборачивающие корпуса, после поворота плуга – левооборачивающие корпуса. Поворот корпусов с рамой осуществляется вокруг продольной оси плуга гидроцилиндром и зубчатым сектором с зубчатым колесом. Зубчатый сектор поворачивает колесо на пол-оборота при выдвижении штока из гидроцилиндра. Этого вполне достаточно, чтобы повернуть раму и включить в работу необходимые корпуса.

Гладкая пахота без образования свальных гребней или радиальных борозд способствует более качественному использованию обрабатываемой площади поля, улучшает условия работы сельскохозяйственных машин, которые будут эксплуатироваться на данном поле позднее, экономит время, затрачиваемое на вспашку, и количество использованного топлива.

Кроме двухкорпусного, выпускают однокорпусный и трехкорпусный навесные оборотные плуги.

Опрыскиватель

Опрыскиватель – машина или аппарат, используемые для химической защиты растений от вредителей (обработки растворами пестицидов).

По принципу действия различают гидравлические (распыление за счет давления жидкости), пневматические (под действием давления воздуха), ротационные (жидкость стекает с вращающихся дисков или сетчатых барабанов и дробится на капли), вентиляторные (распыление струей воздуха, идущего от вентилятора) опрыскиватели.

По виду транспортировки различают ручные, конные, конно-моторные, тракторные (навесные, прицепные), автомобильные, самоходные и авиационные.

Опрыскиватель ОН-10 используется при обработке садов, виноградников и полевых структур. Резервуары опрыскивателей выполняются сварными из стали емкостью от 400 до 1500 л, внутреннюю их часть покрывают лаком, защищая от коррозии. В заливной горловине устанавливают сетчатый фильтр для защиты раствора от примесей. За уровнем жидкости следят с помощью уровнемера поплавкового типа или через смотровое окно. Для поддержания постоянной концентрации в резервуаре устанавливаются механические или гидравлические мешалки. В самой нижней точке резервуара находится спускная пробка. Насосы могут быть использованы поршневые, плунжерные, центробежные, вихревые, шестеренчатые. Для регулирования давления жидкости в напорной магистрали и для ее предохранения от поломок при возрастании давления устанавливают редукционнопредохранительный клапан. Главная часть опрыскивателей – распыляющие устройства, состоящие из распыливающих наконечников, устанавливаемых на штанге, брандспойте или выходном сопле вентилятора. По назначению наконечники могут быть полевыми и садовыми. Полевые по принципу действия бывают центробежными с сердечником или центробежными тангенциальными. В первых из них жидкость, проходящая под давлением по штанге, попадает в распылитель и по винтовой канавке сердечника поступает в распылительную камеру, где под действием центробежных сил завихряется и выбрасывается через отверстие в торце колпачка в виде конуса мелкораспыленных частиц. Такие распылители забиваются. Центробежные тангенциальные наконечники подобного недостатка не имеют. В вихревую камеру наконечника жидкость подается по касательной и завихряется. В торце камеры установлена металлокерамическая шайба с отверстием, сквозь которое и распыляется жидкость. Все узлы распыливателя монтируются на раме, он снабжается заправочным устройством, чаще всего эжекторного типа, имеется механизм передач.

Насос засасывает жидкость из резервуара. Пройдя всасывающий фильтр, она поступает в нагнетательную сеть, затем в штангу с распыливающими наконечниками. Рабочий захват штанги 10 м, она используется при обработке полевых структур, при работе в садах монтируют брандспойты. Чтобы заправить резервуар жидкостью, используют эжектор. Закрывают кран нагнетательной системы, кран эжектора открывают, редукционным клапаном устанавливают в системе давление до 1,8—2,0 МПа. Жидкость из резервуара через всасывающий фильтр пойдет в насос, через редукционно-предохранительный клапан в тонкий шланг эжектора, который и будет засасывать жидкость из емкости в резервуар через толстый шланг. После заполнения кран отключают, а эжектор укладывают на резервуар. Насос регулируют на рабочее давление, открывают кран распыливающей штанги и распыляют раствор. Рабочие органы приводятся в действие от вала отбора мощности трактора.

Опрыскиватель ОВТ-1А используют для обработки зерновых, овощных и технических культур, для обработки садов. Он состоит из рамы, опирающейся на два пневматических колеса, резервуара емкостью 1200 л с гидромешалкой, гидравлического насоса, осевого вентилятора и распыливающего устройства, установленного на выходном сопле вентилятора и состоящего из центробежных наконечников. Вентилятор можно перемещать гидроцилиндром, управляемым из трактора, чтобы поток воздуха совпадал с направлением ветра. Ширина захвата при обработке поля 20—50 м. Опрыскиватель вентиляторный садовый ОВС-А применяют для борьбы с вредителями и болезнями садов, лесопосадок и полевых культур. Он одновременно может обрабатывать два полуряда сада по обеим сторонам машины. Опрыскиватель состоит из рамы на пневматических колесах, резервуара емкостью 1800 л с гидромешалкой, указателем уровня раствора, двух насосов, осевого вентилятора, в каналах которого установлены распыливающие наконечники. Высота обрабатываемых деревьев достигает 8 м.

Малообъемный полевой опрыскиватель ОП-450 предназначен для обработки молодых лесонасаждений и полевых культур. Опрыскиватель состоит из рамы, резервуара вместимостью 450 л с гидромешалкой уровнемером-поплавком, вихревого насоса, высоконапорного центробежного вентилятора с распыливающей насадкой и газового эжектора. Распыливающую насадку с помощью гидроцилиндра можно устанавливать под разными углами. Из кабины тракторист с помощью отсечного клапана может включать и выключать подачу рабочего раствора к дозатору. Гидропривод механизма поворота вентилятора монтируется на тракторе. Из резервуара ядохимикат через кран по всасывающему шлангу поступает в фильтр и в вихревой насос, который подает жидкость в коллектор, откуда часть ее идет в гидромешалку, а часть через отсечный клапан и дозатор – в распыливающую насадку. В насадке капли рабочего раствора сильным потоком воздуха распыляются еще больше и переносятся на обрабатываемые растения.

Опыливатель

Опыливатель – навесное орудие или аппарат для опыления сельскохозяйственных культур порошкообразными пестицидами.

Различают два типа опыливателей: с механической подачей порошка через дозатор и с пневматической подачей или просасыванием порошка через дозатор воздухом. По виду привода опыливатели бывают ранцевыми, ручными или тракторными навесными.

Опыливатели ОШУ-50, ОПС-30Б предназначены для обработки садов, лесополос, виноградников, а также зерновых, овощных и технических культур. Опыливатель состоит из рамы с кронштейнами для навески на трактор. Основным узлом является бункер, выполненный из листовой стали. Его стенки имеют наклон, чтобы не образовывалось зависаний порошка ядохимиката. Также для исключения зависания порошка в бункерах установлены лопастные мешалки (рыхлители). По своей конструкции они могут быть различными. Для подачи порошка к дозатору служат питающие устройства. Они могут быть механическими (шнеки, лопастные катушки у ОШУ-50) и пневматическими, когда порошок через дозатор засасывается воздушным потоком, создаваемым вентилятором (ОПС-30Б). Дозатор представляет собой заслонку, перекрывающую выходное отверстие, ее положением управляет тракторист из кабины, ее роль – установка опыливателя на заданную норму расхода пестицида. Распылители бывают прямого и бокового дутья. Распылители прямого дутья наносят ядохимикат на листья растений сверху или с боков под листья из нескольких трубопроводов с распыливающими наконечниками. Такие распыливатели применяют при обработке пропашных культур и виноградников. Распыливающие устройства бокового дутья наносят пестициды сбоку из одного трубопровода с распыливающим наконечником. Взвесь порошка распространяется перпендикулярно по отношению к движению опыливателя. Такое распыливающее устройство применяют при обработке садов, лесополос, полевых культур. Распыливающие наконечники могут быть щелевидными, цилиндрическими, секирообразными, ложечными. Наконечник может быть и комбинированным – при обработке смоченным жидкостью порошком. Воздушный поток создается вентиляторами, которые захватывают ядохимикат и с воздухом направляют его на растения. Вентиляторы могут быть центробежными и осевыми. Также они могут иметь вертикальную ось вращения крыльчатки (ОПС-30Б) и горизонтальную ось (ОШУ-50). При вертикальной оси вращения крыльчатка находится над всасывающим окном вентилятора, и питатель не требуется. При горизонтальной оси вращения для подачи порошка необходимо шнековое или иное питающее устройство. Ширина захвата при обработке садов 1—2 ряда, виноградников 3—4 ряда, полевых культур – 100 м.

Основные узлы ручного опыливателя, служащего для обработки растений на небольших или труднодоступных участках, – бункер с питателем, вентилятор с приводной рукояткой, труба с распыливающим наконечником. Ручной опыливатель снабжается заплечными ремнями. Производительность его достигает 30 деревьев за 1 ч, или 0,1 га/ч.

У всех опыливателей единый принцип действия: порошок ядохимиката питателем подается из бункера к дозатору, через который порошок засасывается в вентилятор разрежением и выбрасывается воздушным потоком через распыливающее устройство на листья обрабатываемых растений.

Паровой культиватор

Паровой культиватор – навесные и прицепные орудия для сплошной обработки почвы – предпосевного рыхления и очистки паров от сорняков.

Культиватор имеет сварную раму прямоугольной формы, состоящую из двух поперечных брусьев, которые соединены между собой пятью продольными связями. На передний брус приварены скобы для соединения поводков с рабочими органами, также приварены подвеска и кронштейны для присоединения опорных колес. Навесное устройство состоит из подвески с раскосами и двух кронштейнов с пальцами, на которые надевают шаровые шарниры нижних тяг навески трактора. Верхняя его тяга соединяется с верхним концом подвески. К поперечному брусу навешиваются на нажимных штангах поводковые секции. На каждой нажимной штанге надета пружина, которая опирается на фигурную шпильку. Переставляя шпильку по отверстиям штанги, можно регулировать силу натяжения пружины на поводки и, соответственно, глубину хода отдельных лап. Стрельчатые лапы устанавливают в два ряда, а рыхлительные – в три. Рабочие органы обоих рядов должны идти на одинаковой глубине. Этого добиваются изменением длины верхней тяги механизма навески трактора. Качество работы также изменяют регулировкой угла наклона лапы. На культиваторе установлены автоматические пружинные предохранители, которые защищают лапы при обработке тяжелых и каменистых почв. Предохранитель состоит из обоймы, прижимающейся под действием пружины к эксцентриковой призме. При встрече лапы с камнем увеличивающееся сопротивление заставляет ее отклониться назад. После преодоления препятствия пружина возвращает лапу в исходное положение. Опорные колеса относительно рамы устанавливают таким образом, чтобы глубина хода рабочих органов по всему захвату была одинаковой. Опорные колеса с помощью рукоятки можно перемещать относительно рамы, увеличивая или уменьшая глубину хода рабочих органов. Рабочая ширина захвата культиватора 4 м, можно переоборудовать на 3 м. Культиваторы снабжаются комплектами сменных рабочих органов, в них входят плоскорежущие, универсальные и рыхлительные лапы. Плоскорежущие лапы могут быть как односторонними, так и двухсторонними, используемыми для подрезания сорняков. Двухсторонние плоскорежущие стрельчатые лапы имеют ширину захвата от 145 до 330 мм, угол между режущими кромками лапы составляет 60—70°. Односторонние плоскорежущие лапы-бритвы монтируются только на пропашных культиваторах. Универсальные лапы используют и для подрезания сорняков, и для рыхления почв. Они имеют ширину захвата от 220 до 385 мм. Глубина обработки – до 12 см. Рыхлительные лапы могут быть долотообразными, копьевидными односторонними и зубовидными двухсторонними. Долотообразная лапа рыхлит полоску почвы до 20 или на глубину до 16 см. Копьевидная односторонняя рыхлительная лапа имеет ширину 50 мм.

Прицепной гидрофицированный культиватор КПГ-4 используется для предпосевной обработки почвы с одновременным боронованием. Культиватор имеет приспособление для навески зубовых борон. Ширина захвата 4 м, глубина обработки почвы от 5 до 12 см. Стрельчатые и рыхлительные лапы расположены в три ряда на грядилях, в рабочее положение из транспортного переводятся выносным гидроцилиндром, работающим от гидросистемы трактора. Грядили крепятся к переднему брусу сварной рамы, установленной на двух пневматических колесах. На заданную глубину рабочие органы культиватора устанавливают перестановкой колес винтовым механизмом.

Прицепной культиватор КП-4А представлен в двух модификациях: с выносным гидроцилиндром и с механическим подъемом рабочих органов в транспортное положение. На культиваторе устанавливаются стрельчатые полольные лапы на пружинных стойках и присоединяются с помощью крюкообразных тяг зубовые бороны. У культиватора с гидравлическим подъемом и заглублением рабочих органов один квадратный вал, в середине которого закрепляется рычаг. На спице монтируется уголок, на переднем брусе рамы – коромысло. С уголком соединяется гидроцилиндр, а его шток – с коромыслом. Коромысло и рычаг на валу связаны тягой. При втягивании штока в цилиндр лапы заглубляются. Глубина хода регистрируется перестановкой упорной шайбы, стоящей на штоке поршня гидроцилиндра. У культиватора с механическим подъемом лап на полуосях колес стоят два храповых автомата, каждый из которых поднимает половину рабочих органов. В систему подъемных механизмов включены компенсационные пружины, которые помогают автомату поднимать лапы и смягчать удары при их опускании. Ширина захвата культиватора 4 м.

Навесной культиватор ККН-2,25Б применяется для сложной обработки почв, засоренных камнями. Он комплектуется стрельчатыми универсальными лапами, смонтированными на жестких стойках с пружинными предохранителями. В комплект входят и рыхлительные лапы с окучниками. Глубина обработки почвы – 8—15 см. Ширина захвата культиватора 2,25 м. Качество работы культиваторов оценивают выдержанностью глубины рыхления, выровненностью обработки дна борозд, забиваемостью рабочих органов, чистотой подрезания сорняков.

Планировщик

Планировщик – прицепная машина для планировки (выравнивания поверхности).

Длинная рама планировщика впереди и сзади опирается на колеса. Продольная база составляет 12 м. Нагрузка от передней части рамы на передние колеса передается посредством тяговой рамы и гидроцилиндром подъема. Узел задних колес выполняется в виде каркаса, который шарнирно соединяется с основной рамой. Каркас связан со штоком гидроцилиндра, управляющим поворотом колес относительно рамы. При движении штока колеса откатываются или подкатываются под раму. При этом рабочие органы машины поднимаются в транспортное положение или опускаются в рабочее. Также управляет подъемом и опусканием планировщика и передний гидроцилиндр. На раме жестко закреплен основной орган планировщика – ковш, на задней стенке которого смонтирован сменный нож. Боковины ковша для устойчивости при движении по неровному участку опираются на лыжи. К поперечине основной рамы шарнирно присоединена рамка с вставными зубьями, она образует рыхлитель, для его управления служит гидроцилиндр.

При работе ковш режущей кромкой срезает грунт с повышенных мест, заполняется им и ссыпает его на пониженные участки, впадины поля и разравнивает его, устраняя таким способом неровности поверхности. Планировка осваиваемых и улучшаемых сенокосных угодий – обязательное мероприятие. Этими же машинами планируют трассы под оросительные каналы и дороги для движения дождевальных машин.

Пресс-подборщик

Пресс-подборщик – машина, используемая для сбора сена или соломы из валков и прессования их в тюки прямоугольной формы.

Пресс-подборщик состоит из прямоугольного устройства, прессующей части, вязального аппарата, механизмов передачи движения и регулировки, рамы и колес. Приемное устройство подбирает валки сена или соломы и подает их в прессовальную камеру. Одним из основных узлов приемного устройства является подборщик барабанного типа. На его валу закреплены диски, в которых посажены хвостовики державок с пружинными зубьями. Державки с зубьями вращаются с дисками вокруг вала и одновременно поворачиваются на некоторый угол вокруг своей оси, что достигается креплением на хвостовиках кривошипов с роликами. При вращении вала ролики катятся по фигурной дорожке другого диска и заставляют поворачиваться державки с зубьями на небольшой угол. Во время захвата сена или соломы зубья движутся по окружности, а в момент передачи в приемную камеру поворачиваются вокруг оси державок и опускаются. Это сложное движение позволяет зубьям плавно выходить из массы сена или соломы без затаскивания ее вниз. Вал и державка защищены кольцами-хомутами от наматывания на них сена или случайного повреждения. Вал подборщика получает вращение цепной передачей от вала контрпривода. К раме подборщик присоединен шарнирно и опирается на пневматические колеса. По высоте его положение можно регулировать рычажным механизмом, расположенным у колеса. В приемной камере смонтированы два упаковщика – передний и задний. Они направляют сено или солому порциями в прессовальную камеру. Передний упаковщик несет три рабочих зуба, а задний – два. Упаковщик выполнен в виде механизма с коромыслом с амортизационной пружиной, кривошипа и зубьев. Амортизационные пружины предотвращают поломки зубьев при возникновении на их пути препятствия. Если под упаковщики попадает большая порция сена или соломы, которую они не могут продвинуть в прессовальную камеру, пружины сжимаются, и зубья упаковщика отходят. Движение зубьев переднего упаковщика согласуется с движением поршня, оно регулируется соединением карданной передачи на кривошипный вал переднего упаковщика. От вала движение цепью передается на задний упаковщик. Движения зубьев обоих упаковщиков также должны быть согласованными. Это достигается определенным взаимным расположением кривошипов. Прессующая часть формирует и прессует тюки сена или соломы. Она состоит из прессовальной камеры с регулятором плотности, поршня и лотка. Прессовальная камера – это основание, на котором смонтированы все механизмы машины, передняя часть камеры опирается на спицу, а средняя – на ось ходовых колес. В конце камеры установлен регулятор плотности, которым можно изменить концевое сечение камеры и регулировать плотность спрессованных тюков. Расширению спрессованного сена препятствуют зубчатые задерживатели, расположенные в верхней части прямоугольной камеры с двух сторон. Они образуют в тюке пазы для укладывания обвязочной проволоки. Поршень при рабочем ходе, совершая в камере возвратно-поступательные движения, проталкивает сено вдоль камеры и прессует его. Сбоку к поршню прикреплен нож для обрезания охвостьев каждой порции сена или соломы. В его корпусе, выполненном из листовой стали, сделаны щели для прохода игл вязального аппарата. Перемещается поршень по направляющим салазкам прессовальной камеры, пальцем он соединен с головкой шатуна и приводится в движение от выходного вала редуктора главной передачи. Вязальный аппарат обвязывает сформированные тюки проволокой в два обхвата. Это самый ответственный узел машины. Тюки сена или соломы связываются стальной, термически обработанной проволокой диаметром 2 мм или специальным синтетическим шпагатом. Основными частями вязального аппарата являются две иглы, два игловязателя, механизмы включения и приводы. Цикл работы аппарата совершается за один ход поршня и состоит из четырех этапов: включение, подача проволоки или шпагата, образование узла и выключение.

  1. Включается вязальный аппарат в тот момент, когда мерительное колесо совершает полный оборот. Прессуемое сено перемещается вдоль камеры и поворачивает мерительное колесо, у которого зубцы вдавлены в сено. Вращающийся вместе с мерительным колесом палец упирается в конец руки включения, ее другой конец освобождает собачку, под действием пружины она поворачивается и включает передачу на механизмы вязального аппарата. Ведущая часть привода находится в корпусе и получает движение цепью от звездочки общей передачи на звездочку привода аппарата. Муфта включения, имеющаяся на валу кривошипа, связывает в момент включения входной вал передачи и вал кривошипа. Выступ-упор, находящийся на внутренней поверхности ведущей части муфты, при повороте собачки связывает привод с валом кривошипа. При его вращении ролик, имеющийся на его конце, смещается по прорези кулисы и поворачивает рычаг, приводя тягой в движение иглы.

  2. При движении иглы входят в пазы поршня, обтягивают тюк проволокой или шпагатом и ее концы помещают на крючки-узловязатели. Проволока огибает тюк со стороны поршня, ее конец иглой укладывается на пальцы-направляющие рядом с другим концом, уже зажатым в зажиме и обхватившим тюк. Поданный иглой конец проволоки перекусывается, зажимается, а другой – освобождается. На крючке-узловязателе остаются свободные концы. Иглы двигаются назад, а в зажиме остается конец проволоки для следующего тюка.

  3. Крючки-узловязатели закручивают концы в узел. Одновременно в процесс включаются предохранительный крючок и прижим.

  4. Предохранительный крючок оттягивает проволоку, чтобы ее не захватил крючок-узловязатель, а прижим натягивает ее для получения правильного узла.

В конце цикла работы собачка упирается в конец руки включения, поворачивается вокруг своей оси за счет инерции движущихся частей вязального аппарата и выключает передачу на вал кривошипа.

Связанный тюк соломы или сена проталкивается следом двигающимися тюками к выходу прессовальной камеры – на лоток, с которого сползает на землю. В аппарате имеется световая сигнализация для предупреждения тракториста об обрыве или полном использовании проволоки.

Рабочие органы пресс-подборщика приводятся в действие от вала отбора мощности трактора карданной передачей через маховик и редуктор главной передачи. В системе передач имеется ряд предохранительных устройств для предупреждения поломок во время перегрузок. Это предохранительные муфты храпового типа, срезные шпильки у маховика и у переднего упаковщика, предохранительный болт в приводе вязального аппарата, предохранительный упор поршня и нож кассет, амортизационный механизм упаковщика.

При движении трактора подборщик зубьями подбирает валок сена или соломы и подает его в приемную камеру. Упаковщики подхватывают порции сена или соломы и отправляют их в прессовальную камеру. Поршень, совершая движение назад, к маховику, освобождает окно в прессовальную камеру, и происходит передача порции сена в нее. При движении в обратном направлении поршень обрезает ножом охвостья, отделяет одну порцию сена от другой, перемещая их вдоль прессовальной камеры, формуя тюк сена или соломы прямоугольного сечения. Камера снабжена специальными зубьями для того, чтобы во время холостых ходов поршня (к маховику) удерживать очередные порции сена в спрессованном виде.

При движении сена в прессовальной камере последующие порции поворачивают мерительное зубчатое колесо. За один его оборот сформованный тюк сена доводится до необходимой плотности, при этом происходит включение вязального аппарата, который подает проволоку или шпагат и образует по два узла на каждом тюке, после чего выключается до следующего цикла. Тюки, связанные в два обхвата, продвигаются к выходу, поступают на лоток, по которому и опускаются на поверхность поля.

Пропашной культиватор

Пропашной культиватор – навесное орудие, используемое для междурядной обработки посадок картофеля и других пропашных культур (кукурузы, подсолнечника).

Культиватор КОН-2,8ПМ рассчитан на обработку четырех рядов картофеля с междурядьями 60 и 70 см, КРН-3,6-4,2 также на обработку четырех рядов картофеля, но с междурядьями 90 см или шести рядов с междурядьями 60 и 70 см. Культиватор ОКП-3А применяют для обработки трех рядов картофеля с междурядьями 60 и 70 см. Наиболее распространены первые два культиватора.

Культиватор КОН-2,8ПМ состоит из рамы с подвеской и опорными колесами, пяти секций с рабочими органами и копирующими колесами. Рама представляет собой брус квадратного сечения, к которому приварены две стойки с отверстиями для соединения с верхней тягой навески трактора и два кронштейна с пальцами для присоединения нижней тяги навески. К кронштейнам крайних секций присоединяются опорные колеса, обеспечивающие при работе горизонтальное расположение рамы над поверхностью поля. Культиватор снабжается сетчатой бороной, кронштейны которой тоже укрепляются на брусе, набором других рабочих органов для подрезания сорняков, рыхления почвы в междурядьях, окучивания и подкормки растений минеральными удобрениями. Каждая секция культиватора состоит из шарнирно связанных верхней тягой переднего и заднего кронштейнов, смонтированных на нижней рамке. Стойки рабочих органов закрепляются в держателях стопорными болтами. Основными рабочими органами являются окучники и ротационные боронки. Окучники используют для уничтожения сорняков на дне борозды, присыпания обрабатываемых растений рыхлой почвой и ее распределения по поверхности гребня. Более распространены окучники, состоящие из корпуса с носком и раздвижных крыльев. Крылья устанавливаются на различной высоте, изменяя положение распорки. Во время движения в междурядье окучник поднимает и раздвигает корпусом почву в обе стороны, в середине образуется борозда, а крыльями почва присыпается к рядам растений. Для лучшего подрезания сорняков и увеличения толщины разрыхленной почвы на корпус окучника вместо носка можно укрепить универсальную стрельчатую лапу, а к укороченным крыльям приварить прутки, которые образуют своеобразную решетку.

Укороченные крылья будут предотвращать сильное разбрасывание почвы в стороны во время работы на больших скоростях, и часть земли будет просыпаться сквозь прутковую решетку. Для боронования посадок картофеля до и после всходов на гребнях различной высоты используется ротационная универсальная боронка БРУ-0,7. Ее секция состоит из двух зубовых полусекций, связанных кронштейном, шарнирно соединенным с поводком. Секция бороны навешивается на основные секции культиватора. Заглубление секции осуществляется нажимной штангой. Полусекция состоит из конической и цилиндрической частей с зубьями. Во время боронования зубья сцепляются с почвой, и за счет этого полусекции вращаются, рыхлят почву и вычесывают сорняки на вершине и склонах гребней. Во время боронования по всходам цилиндрические части с полусекций снимают. Конструкция культиватора позволяет перемещать секции с рабочими органами по брусу и устанавливать их на обработку междурядий определенной ширины. Для осуществления подкормки минеральными удобрениями на культиватор устанавливаются туковысевающие аппараты с тукопроводами и подкормочными ножами. Привод осуществляется цепной передачей от опорных колес. При подъеме культиватора в транспортное положение вращение колес прекращается и высев удобрений приостанавливается.

КРН-4,2 устроен примерно по такой же схеме, он рассчитан на обработку картофеля, высаженного сажалками, имеющими рабочий захват 3,6 и 4,2 м. Этот культиватор используется и для обработки кукурузы, подсолнечника и других пропашных культур. При подготовке культиваторов к работе обращают особое внимание на формирование стыковых междурядий, образующихся на стыке двух соседних проходов сажалки по полю. Их обрабатывают обычно за два прохода культиватора крайними рабочими секциями. Если стыковые междурядья попадут внутрь захвата культиватора, то растения будут повреждены.

Разбрасыватель органических удобрений

Разбрасыватель органических удобрений – машина, предназначенная для разбрасывания компостов, торфокрошки и других органических удобрений.

Различают прицепы-разбрасыватели, разбрасыватели удобрений из куч, разбрасыватели жидких удобрений.

Прицеп-разбрасывателеь 1-ПТУ-3,5 состоит из рамы с ходовыми колесами, кузова с питающим транспортером, разбрасывающего устройства и механизма привода. Сварная рама имеет прицепное устройство, к нему шарнирно крепится опорная стойка, которая на стоянках используется как третья точка опоры, так как прицепы одноосные. После соединения прицепа с трактором стойка поднимается и фиксируется. Кузов разбрасывателя цельнометаллический. Боковые борта на петлях, могут открываться и в наклонном положении закрепляться. Для того чтобы удобрения не выбрасывались в сторону трактора, передний борт наращивается съемным задним бортом. Транспортер состоит из четырех сварных калиброванных цепей с металлическими планками, он монтируется на дне бункера. Цепи транспортера объединяются попарно. Каждая из двух ветвей имеет свое натяжное устройство, состоящее из вала, перемещающегося натяжными болтами, на котором свободно вращаются ведомые ролики цепей. Цепи разборные, они состоят из отдельных участков по девять звеньев, которые соединяются специальными звеньями, к ним пайками крепятся штампованные металлические планки. Каждая ветвь имеет по двадцать три планки. Ведущий вал со звездочками для всех цепей общий. Разбрасывающее устройство состоит из двух барабанов. Нижний барабан со шпорообразной поверхностью – измельчающий, он установлен в кузове; верхний шнекообразный барабан – разбрасывающий, он вынесен за пределы кузова прицепа. Такая конструкция барабанов полностью исключает заклинивание между ними твердых предметов, хорошо измельчает длинносоломистые включения навоза и обеспечивает их разбрасывание на ширину до 5 м. Рабочие органы прицепа-разбрасывателя приводятся в действие от вала отбора мощности трактора. Движение передается карданным валом через продольный вал с предохранительной муфтой на конический двухступенчатый редуктор, установленный на балках рамы. От него один вал цепной передачей вращает нижний барабан, а от него цепью в действие приводится верхний барабан. Другой вал редуктора сообщает движение храповому механизму привода питающего транспортера, он дает возможность регулирования скорости движения транспортера, изменения нормы внесения удобрений. На валу редуктора жестко посажен кривошип, в его пазу установлен палец шатуна. Устанавливая его на разном расстоянии от вала, можно менять радиус кривошипа. На ведущем валу транспортера на шпонке посажено храповое колесо. С двух его сторон на вал надеты две щеки, они связаны осью, на которой посажены ведущая собачка и шатун. Зуб собачки под действием пружины прижат к зубчатой поверхности храпового колеса. При смещении шатуна щеки совершают колебание, поворачиваются на определенный угол. Собачка, зацепленная с храповым колесом, поворачивает его и заодно вал транспортера на точно такой же угол. При обратном движении щек собачка проскакивает по храповому колесу, удерживаемому от перемещения второй собачкой. Чем больше радиус кривошипа, тем больше ход у питающего транспортера и тем больше удобрений сможет разбросать машина. Ее можно переоборудовать для внесения минеральных удобрений и извести с помощью съемного приспособления с резиновым кольцевым метателем. Промышленностью выпускаются большегрузные прицепы-разбрасыватели с грузоподъемностью 10-16Т: ПРТ-10 и РПБ-16.

Разбрасыватель РУН-15А состоит из валкообразователя, активного рабочего органа, роторного разбрасывателя, механизма подъема валкообразователя и системы передач. Валкообразователь состоит из двух боковых и задней стенок (подобно бульдозерной навеске) и навешивается спереди трактора. При работе боковые стенки опираются на катки. В задней стенке есть дозирующее окно, его размер и, соответственно, форму валка можно изменять специальными заслонками. В дозирующее окно удобрение направляет активный рабочий орган, состоящий из двуплечего рычага, на одном конце которого находится толкатель, а на другой действует гидроцилиндр с золотниковым приводом. Толкатель разбивает крупные комья удобрений, способствуя формированию непрерывного валка. Сзади трактора навешивается роторный разбрасыватель, который состоит из двух роторов и двух опорных катков. Роторы приводятся во вращение от вала отбора мощности трактора через карданный вал, одноступенчатый редуктор и две цепные передачи, они разбрасывают валок удобрений по обеим сторонам трактора. Разбрасыватель имеет рабочую ширину до 20 м. Его можно применять и для растаскивания удобрений из буртов в кучи. Дозирующее окно закрывают заслонками, а разбрасывающее устройство поднимают – таким способом машина переоборудуется в бульдозер.

Заправщик-жижеразбрасыватель вакуумный 3ЖВ-1,8 предназначается для откачки из жижесборников навозной жижи и ее транспортировки в поле с последующим разбрасыванием по поверхности почвы. Жижеразбрасыватель состоит из одноосного шасси на пневматических колесах, цистерны, заборного шланга, напорно-вакуумной системы, эжектора, затвора, разливочного лотка, воздушной мешалки и уровнемера.

Цистерна емкостью 1,8 м3 выполнена из стали. Внутренняя ее поверхность покрыта антикоррозийной эмалью, спереди есть смотровое окно, сверху располагается горловина, сзади установлен двухсекционный затвор с двумя рычагами для заборного шланга и разливочного лотка. Заборный шланг армированный, гофрированный из прорезиненной ткани длиной 4 м, его диаметр 7,5 см. Разливочное устройство снабжено патрубком со сменными жиклерами, что позволяет регулировать норму внесения жидкости. Разлив можно прекратить из кабины трактора с помощью троса. К горловине цистерны приварен патрубок напорно-воздушной системы, он соединяется трубопроводом с эжектором, установленным на выпускной трубе трактора. Цистерна заполняется 7—10 мин, для этого необходимо закрыть кран разливочного устройства, открыть кран заборного шланга, опустить шланг в жижесборник, на эжекторе закрыть заслонку и увеличить частоту вращения вала двигателя трактора. Выпускные газы по патрубку попадут в сужающийся канал (диффузор), где их скорость станет еще больше. В колене создается вакуум, он по нагнетательно-вакуумной магистрали будет передаваться в цистерну, которая начнет заполняться жижей. Контролировать уровень заполнения можно через смотровое окно и по уровнемеру поплавкового типа. После заполнения цистерны затвор шланга закрывают и открывают заслонку эжектора. Во время разлива жидкости затвор разливочного устройства открывают, заслонки на эжекторе закрывают. Газы пойдут в колено и по напорно-вакуумной магистрали в цистерну, в которой в результате возникнет избыточное давление. Для перемешивания жидкости в цистерне имеется воздушная мешалка, выполненная в виде согнутой под углом 90° трубы с двенадцатью отверстиями, расположенными в два ряда. Нижний конец трубы заглушен, верхний выходит из цистерны, в нерабочем состоянии он закрыт пробкой. Во время перевозки жижи пробку открывают, эжектором создают в цистерне вакуум, воздух входит в отверстия мешалки, попадает в цистерну и перемешивает жидкость. Данная машина также может быть использована для приготовления компостов с навозной жижей и транспортирования различных химикатов, заправки ими машин.

Заправшик-жижеразбрасыватель ЗУ-3,6 по устройству, принципу работы и назначению аналогичен предыдущим. Отличие заключается в том, что заправочной штангой, состоящей из стояка, трубы, рукавов, механизма поворота и двух гидроцилиндров, управляет тракторист из кабины. Он опускает ее в жижесборник, оперируя рычагами, после заправки устанавливает ее на машину. В горловине цистерны имеется предохранительный клапан. Колеса снабжены колодочными тормозами.

Разбрасыватель жидких удобрений РЖУ-3,6 устанавливается на шасси машины ГАЗ-53А. Кроме предохранительного клапана, на крышке горловины цистерны имеется предохранительное устройство для автоматической остановки двигателя автомашины, если цистерна уже заполнена. Насос приводит в действие гидродвигатель. Напорно-вакуумная магистраль состоит из ротационно-вакуумного насоса и системы воздухопроводов с кранами, благодаря которым можно создавать вакуум для заправки или избыточное давление для разлива жижи. В цистерне – лопастная мешалка.

Разбрасыватели жидкого навоза РЖТ-4 и РЖТ-8 используются для транспортировки, перемешивания и сплошного поверхностного распределения жижи, для заправки машин различными рабочими жидкостями, для приготовления компостов, мойки машин и тушения пожаров. Это цистерны-полуприцепы, передней частью опирающиеся на гидрокрюк трактора, а задней – на пневматические колеса. Отличие от ранее рассмотренных агрегатов в том, что на них установлены два насоса: вакуумнасос для заправки и подающий центробежный насос для разлива удобрений. Оба насоса приводятся в действие от вала отбора мощности трактора через переключающую муфту. В цистернах устанавливается струйная гидромешалка, которая работает от центробежного насоса.

Садовый плуг

Садовый плуг – прицепное орудие, предназначенное для вспашки почвы между рядами деревьев в садах на глубину до 25 см.

Плуг трехкорпусный, каждый корпус состоит из лемеха, отвала и полевой доски, прикрепленных к стойке. Имеются предплужники, которые, как и корпус, состоят из лемеха и отвала, укрепленных на стойке. Перед последним корпусом установлен дисковый нож. Рама плуга грядильная, собрана на болтах. На раме смонтирован брус жесткости. Для перевода плуга из рабочего состояния в транспортное применяется гидроцилиндр. Садовый плуг должен близко подходить к стволам деревьев, трактор двигается посередине ряда, чтобы не повредить кроны деревьев. С этой целью в садовых плугах делают прицепы специальной конструкции, позволяющие смещать плуг относительно трактора.

При движении плуга дисковый нож отрезает пласт почвы в направлении движения плуга, предплужник снимает верхний засоренный слой пласта и сбрасывает его в открытую предыдущим корпусом борозду. Лемех подрезает пласт снизу, слегка его поднимает, передает на отвал, который пласт оборачивает и крошит.

Свеклоуборочный комбайн

Свеклоуборочный комбайн – прицепное орудие, применяемое для уборки корнеплодов свеклы.

Применяют комбайны теребильного типа и комбайны с обрезкой ботвы на корню.

Трехрядный комбайн КСТ-3А предназначается для уборки свеклы, высаженной с междурядьями 45 см. Комбайн состоит из ботвоподъемников – по два на каждой секции теребильного аппарата; подкапывающих лап одностороннего действия, расположенных под секциями теребильного аппарата. В рабочей части лапы приварено перо-рыхлитель. Три секции теребильных аппаратов монтируются на подвижной раме. Аппарат выполнен в виде замкнутой цепи, к звеньям которой крепятся теребильные лапы. На концах лап для более надежного удержания свекольной ботвы имеются накладки. Раскрытие теребильных лап для захвата ботвы регулируется при помощи специальных устройств. На каждой секции установлено по одному выравнивателю. Каждый состоит из диска с конусными пальцами, опорного конуса, направляющей вилки, чистика и редуктора. Редуктор приводится в действие цепной передачей от вала теребильного аппарата. Режущий аппарат состоит из дискового ножа, закрепленного на валу, пружины, битера и редуктора. На комбайне поставлены элеватор ботвы, элеватор корней, шнековый транспортер-очиститель, погрузочный элеватор корней. Основная рама опирается на два пневматических ходовых колеса. Подвижная рама, на которой смонтированы основные рабочие органы, шарнирно связана с осями ходовых колес, а впереди опирается на два копирующих колеса. Из транспортного положения в рабочее и обратно подвижная рама переводится посредством гидроцилиндра, подключенного к гидросистеме трактора. Комбайн оборудован автоматическим устройством.

Двухрядный комбайн КСТ-2 используется для уборки сахарной свеклы с междурядьями 60 см. Комбайн имеет две секции рабочих органов. Основные рабочие органы по конструкции незначительно отличаются от комбайна КСТ-3. Вместо элеватора корней поперек машины устанавливается шнековый очиститель.

При движении комбайн направляется по рядкам автоматическим гидравлическим устройством. Отклонение рядков в поперечном направлении копирует копир-водитель. Ботвоподъемники поднимают полеглые листья и сжимают их в вертикальный пучок. В это время лапы подкапывают корни. Теребильные лапы аппарата теребят подкопанные корни свеклы из почвы за ботву, извлекают из почвы и направляют к выравнивателям, которые выравнивают головки свеклы и перемещают их с ботвой к режущему аппарату. Хвостовая часть корня поддерживается конусом, дисковый нож срезает ботву, она сбрасывается битером на элеватор ботвы, а корни падают на транспортер корней. Во время перемещения ботвы по элеватору почва с нее сквозь просветы просыпается, а ботва с помощью битера сбрасывается в прицепную тележку. Корнеплоды по элеватору перемещаются на шнековый очиститель. Сквозь просветы элеватора остатки ботвы и почвы просыпаются. На транспортере-очистителе происходит доочистка корнеплодов. Благодаря навивке спиралей шнека и частоте вращения корнеплоды получают вращательное движение, во время которого растительные остатки, мелкие корешки и почва затаскиваются в зазоры между шнеками. Корнеплоды перемещаются на погрузочный элеватор корней, а оттуда – в движущийся рядом транспортер.

Комбайн СКД-2 убирает свеклу, посеянную с междурядьями 45 и 60 см. Для направления комбайна по рядкам служит автоматическая система управления. На трубчатой раме, опирающейся на пневматическое колесо, установлен ботвосрезающий аппарат. Он состоит из двух копирующих механизмов и двух вращающихся дисковых ножей. Трубчатая рама шарнирно присоединена к основной раме. На трубчатой раме смонтировано выкапывающее и очистительное устройство, состоящее из двух дисковых копачей, вращающихся между ними резиновых бичей, шарнирно закрепленных на ступицах, и кулачкового очистителя корней. Также имеются шнековый очиститель, элеватор ботвы, элеватор корней, прицепное устройство, механизм передачи движения.

Комбайн СКД-2 можно использовать при уборке по двум схемам: направлять ботву в прицепную тележку, а корнеплоды – в кузов рядом движущегося транспорта; подавать ботву в бункер, периодически его разгружая, а корнеплоды – также в кузов транспорта, едущего рядом. При движении по полю опорное колесо ботвосрезающего аппарата копирует рельеф почвы, автоматически устанавливаются ножи ботвосрезающего аппарата на необходимую для среза высоту. Вращающиеся навстречу один другому дисковые ножи срезают головки с ботвой и бросают их на приемный транспортер, который перемещает их к битеру. Битер перетряхивает ботву и сбрасывает ее или в бункер, или на элеватор ботвы, откуда ботва сбрасывается в кузов идущего рядом транспорта. Дисковые копачи заглубляются в почву на глубину 8—12 см, поднимают пласт земли с корнеплодами. Пласт подвергается интенсивному крошению, почва просыпается, а корни с остатками почвы подвергаются воздействию резиновых бичей, которые очищают их от необрезанной ботвы, почвы, а затем выталкивают на кулачковый очиститель. Он выделяет остатки почвы, а корнеплоды транспортирует на шнековый очиститель, при перемещении по которому продолжается очистка. Затем переходный кулачковый вал подает корни на элеватор корней, выгружающий их в идущий рядом транспорт.

Сошник

Сошник – одна из основных сборочных единиц любой рядовой сеялки, служит для образования бороздки, в которую укладывает семена и заделывает их почвой.

Различают сошники дисковые и наральниковые.

Основа дискового сошника – литой корпус. В корпусе на осях, которые вращаются в подшипниках, установлены диски. Между корпусом и дисками стоят резиновые уплотнители. Между дисками и крышками дисков, в которых смонтированы подшипники, установлены картонные прокладки. Также в отверстия крышек ввинчены пробки, предохраняющие подшипники от загрязнения. В нижней части воронки корпуса переднего сошника укреплен направитель, на корпусе заднего сошника установлен изогнутый направитель. К корпусу сошника с помощью двух болтов и прижима прикреплены чистики для очистки налипшей с внутренней стороны дисков почвы. Диски устанавливают под углом 10° друг к другу, они образуют клин, который и формирует в почве борозду.

Дисковые сошники могут иметь иную конструкцию. Диски могут устанавливаться по отношению друг к другу под углом 18°. Корпус выполняется таким образом, что точка соприкосновения дисков будет находиться на уровне их горизонтальных диаметров впереди сошника. В итоге сошник будет при движении образовывать двойную бороздку с гребешком посередине. К корпусу с помощью болта крепится делитель с двумя рукавами. Идущий из семяпровода поток семян делится на две порции, которые и подаются на дно образуемых дисками двух бороздок. В передней части корпусов есть отверстие для закрепления поводков, присоединяющих сошники к сошниковому брусу.

Наральниковые сошники используют при работе на выровненных и хорошо разрыхленных почвах. Они бывают с острым и тупым углом вхождения в почву. Сошник с острым углом вхождения в почву имеет литой или изготовленный из листовой стали наральник, прикрепленный к передней части воронки. Наральник проводит в почве борозду. Его щеки поддерживают открытые стенки бороздки в верхней ее части. Сошник может быть с двумя воронками – одна для зерна, другая для удобрений. К воронкам присоединяется поводок, на его конец надевается грузик, который обеспечивает глубину хода сошника от 4 до 7 см. Поводками сошник шарнирно крепится на брусе рамы сеялки. Сошник с тупым углом вхождения в почву имеет узкий литой наральник. Он располагается под тупым углом к линии горизонта. Подобные сошники применяют для мелкой заделки семян. Воронка также заканчивается щеками. Внутри воронки имеется отражательная пластина, которая направляет на дно бороздки семена. Такие сошники устанавливают на зернотравяные сеялки СЗТ-3,6 и СУТ-47, а также льняные сеялки СУЛ-48 и СЛН-48А.

К брусу поводки сошников с валиками крепятся вкладышами. В брусе имеются дополнительные отверстия, которые используются при расстановке сошников на различную ширину междурядий. Для того чтобы сошники не забивались почвой, их устанавливают в два или три ряда, поэтому поводки сошников переднего ряда короче поводков сошников заднего ряда. Также поводки присоединены к механизму подъема и регулировки глубины их хода. Он устроен так: на раме сеялки укреплен квадратный вал подъема, с которым соединены штанги с пружинами при помощи вилок и скоб. Нижние концы штанг шплинтами связаны с поводками сошников, штанга относительно вилки перемещается, преодолевая сопротивление пружины. Изменяя сжатие пружины перестановкой шплинта в отверстия штанги, выравнивают ход сошника.

Наральниковые сошники с тупым углом вхождения в почву поводками крепятся к корпусам дисковых сошников. Передние концы поводков кронштейном закрепляются на тех же болтах, что и поводки дисковых сошников. Другими кронштейнами поводки крепятся к задним проушинам корпусов дисковых сошников. Глубина хода сошников, кроме грузиков, устанавливается винтом регулятора глубины, который монтируется на спице рамы сеялки. При вывертывании винта глубина хода уменьшается, при ввертывании – увеличивается. В гидрофицированных сеялках сошники поднимаются в транспортное положение и опускаются в рабочее с помощью выносного гидроцилиндра, который устанавливается на раме сеялки и включен в гидросистему трактора. Одновременно с подъемом сошников отключается передача на высевающие аппараты. При их опускании передача включается автоматически.

Трактор

Трактор – машина, которая может работать с прицепными, навесными и полунавесными орудиями, предназначается для широкого круга работ.

Тракторы подразделяются на сельскохозяйственные, лесохозяйственные, транспортные и промышленные. По типу ходовой части различают колесные, гусеничные и колесно-гусеничные тракторы. По типу двигателя они бывают дизельными, карбюраторными и газовыми. Также по величине номинальной силы тяги их делят на тяговые классы. Сельскохозяйственные тракторы, в свою очередь, подразделяются на тракторы общего назначения, пропашные, садовые, виноградоводческие, крутосклонные, горные и др. Тракторы общего назначения используются для вспашки, культивации, посева, уборки урожая, транспортных перевозок при отсутствии требований к величине дорожного просвета и колеи. У пропашных тракторов дорожный просвет (клиренс) увеличен, и их используют для обработки междурядий. Кроме этого, у них можно отрегулировать расстояние между серединами левого и правого колеса (колею). В садах, ягодниках, огородах применяют для выполнения различных работ универсальные пропашные тракторы. Они небольшие, у них регулируются дорожный просвет, колея и продольная база – расстояние между осями передних и задних колес. Виноградоводческие тракторы имеют небольшую ширину и высоту. На влажных, рыхлых и песчаных почвах используются колесные и гусеничные тракторы с повышенной проходимостью, у них все четыре колеса ведущие, а гусеницы имеют увеличенную опорную поверхность. Самоходное шасси характеризуется тем, что рабочее место водителя, двигатель и трансмиссия расположены у него в задней части, орудия прицепляются и навешиваются на часть рамы, расположенную между задним и передним мостом. Трактористу легче следить за ходом выполняемой работы, за действием рабочих органов навесных орудий, ему хорошо видны междурядья. На самоходные шасси можно устанавливать самосвальный кузов. Колея у них регулируемая.

Основными узлами трактора являются двигатель с пусковым устройством, трансмиссия, ходовой аппарат, рабочее оборудование и органы управления.

В двигателе сгорает топливо, и его химическая энергия переходит в механическую, возвратно-поступательное движение поршня заставляет вращаться коленчатый вал. От него крутящий момент передается трансмиссией к движителям ходового аппарата. Управляемая муфта сцепления позволяет временно разъединять коробку передач и двигатель перед выключением одной и включением другой передачи, а также плавно соединять двигатель и коробку передач. Неуправляемая соединительная муфта «гибкого» типа передает вращательное движение под некоторым углом, величину которого можно изменять. Временно увеличивать силу тяги трактора за счет снижения его скорости движения позволяет увеличитель крутящего момента. Это необходимо на труднопроходимых участках или во время начала движения трактора с тяжелым грузом. Коробка перемены передач необходима для изменения скорости движения трактора, его силы тяги, направления движения, отключения ходового аппарата от двигателя в момент его запуска или при работе двигателя во время остановки трактора. Конечная и промежуточная передачи позволяют передавать и увеличивать крутящий момент. Дифференциал дает возможность ведущим колесам трактора вращаться с разными скоростями. Трансмиссия гусеничных тракторов дифференциала не имеет, но вместо него есть механизм поворота. Остов трактора, образуемый корпусами двигателя и трансмиссии, опирается на ходовой аппарат непосредственно или через подвеску. У некоторых тракторов остов имеет вид рамы. Ходовой аппарат – это опора трактора, он преобразовывает вращательное движение ведущих колес в поступательное движение. Ходовой аппарат гусеничного трактора – бесконечная шарнирная лента, гусеница, по которой движется трактор. Гусеница имеет большую опорную поверхность, поэтому буксование у гусеничных тракторов меньше, чем у колесных. У колесных тракторов обычно задние колеса являются ведущими, а передние – направляющими. У тракторов повышенной проходимости передние колеса также являются ведущими. На задний мост колесных тракторов давит около 70—75% их веса, пневматические шины задних колес имеют больший диаметр, чем шины передних колес. Возможно распределение веса машины равномерно на оба моста (К-700, Т-150К), тогда все колеса делаются ведущими и имеют шины одинакового размера. Шины ведущих колес для лучшего сцепления с почвой имеют высокие почвозацепы и накачиваются несильно, а шины направляющих колес имеют большее внутреннее давление, что облегчает трактористу управление трактором, а также уменьшает износ шин. Для управления навесными, прицепными и полунавесными орудиями и машинами тракторы оборудуются гидравлической системой. Рабочие органы машин, агрегатируемых с трактором, приводятся в движение его валом отбора мощности. С помощью рулевого управления меняют положение передних колес и таким способом направляют движение колесных машин, у гусеничных – за счет уменьшения скорости вращения одной гусеницы относительно другой при помощи управляемой фрикционной муфты сцепления или планетарного механизма, включенных в трансмиссию трактора. Тракторы Т-700, Т-150К имеют раму, состоящую из двух частей, шарнирно соединенных так, что части рамы поворачиваются друг относительно друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Передняя часть рамы, несущая двигатель, коробку передач и другие агрегаты, опирается на передний мост. На задний мост опирается, соответственно, задняя часть рамы, несущая на себе рабочее оборудование. Направление движения у таких тракторов изменяется при помощи гидросистемы путем поворота одной части рамы трактора относительно другой. Для остановки трактора или замедления скорости движения включают тормозную систему.

Триер

Триер (от фр. trier – «отбирать», «сортировать») – сельскохозяйственная машина для очистки от примесей семян зерновых культур и трав по длине частиц. Триер выделяет из семян очищаемой культуры длинные и короткие примеси. Триеры бывают цилиндрические и дисковые. В советских сельскохозяйственных предприятиях применялись в основном цилиндрические, в которых рабочим органом являлись ячеистые цилиндры. В цилиндрах, имеющих мелкие ячейки (так называемые кукольные), выделялись короткие зерна и примеси, а в цилиндрах с ячейками большего диаметра (овсюжных) – длинные зерна и примеси. При вращении цилиндра триера короткие зерна и примеси попадают в ячейки, поднимаются вверх и попадают в ячейки, поднимаются вверх и выпадают из ячеек в лоток. Длинные зерна и примеси идут с ходом по ячеистой поверхности. В Советском Союзе применялись такие машины (т. е. триеры), как БТ-5, имевшие производительность примерно 5 т/ч; БТ-20 – с производительностью около 20 т/ч.

Туковая сеялка

Туковая сеялка – машина, применяемая для сплошного внесения удобрений путем их разбрасывания по поверхности поля.

На сварной раме, основой которой является брус квадратного сечения, установлен металлический туковый ящик, закрытый сверху тремя полукрышками. Рама опирается на четыре пневматических колеса. Передние опорные колеса самоустанавливающиеся, задние – опорно-приводные. Дно тукового ящика образовано одиннадцатью вращающимися тарелками. Каждая тарелка – это круглый диск с бортами, посаженный на ось, к диску прикреплен косозубый венец, находящийся в зацеплении с конической шестерней, закрепленной на валике. Над тарелками расположен вал со сбрасывателями. Над выступающими из ящика тарелками установлен щиток, предохраняющий их от попадания влаги и от сдувания удобрений ветром. Также он способствует равномерному рассеву удобрений. Чтобы в ящике удобрения не застревали, его передняя стенка наклонена под углом 25°. Над тарелками удобрениям не дают образовывать свода два колеблющихся ворошителя, выполненных в виде штанги, к которой приварены две группы пальцев. Пальцы одной группы расположены параллельно передней стенке, пальцы другой группы – параллельно дну ящика. Ворошители колеблются с частотой 9 колебаний в минуту амплитудой 5 см. Для предотвращения поломок ворошителей при попадании в ящик для удобрений твердых предметов в механизме привода смонтирована предохранительная муфта, которая прекращает передачу движения при возрастании крутящего момента до 25 Нм. Высевающие тарелки приводятся в действие от оси левого заднего колеса. Рабочий захват прицепной сеялки 4,2 м.

При движении машины удобрения из тукового ящика через сделанные в дне его вырезы поступают на вращающиеся тарелки. Тарелки выносят удобрения к сбрасывателям, над каждой тарелкой их установлено по два. Один сбрасывает своими лопастями удобрения с периферии тарелки, второй – остальные удобрения, которые подводятся к нему. Норма высева удобрения регулируется изменением частоты вращения тарелок и зазора между дном тарелки и заслонкой.

Использование туковой навесной сеялки позволяет равномерно распределять удобрение по всей поверхности поля и соблюдать нормы внесения независимо от количества удобрений в ящике и колебаний машины при движении по неровному полю.

Универсальная сеялка

Универсальная сеялка – прицепная машина, которая предназначена для рядового посева семян зерновых, зернобобовых и других культур, семена которых близки по размеру и нормам высева к зерновым.

Рядовая сеялка состоит из ящика для семян и минеральных удобрений, высевающих аппаратов, семяпроводов, сошников, механизмов передачи движения и управления. Рама сеялки опирается на два пневматических колеса, третья точка опоры – серьга трактора. На раме монтируются все узлы и механизмы сеялки. Ящики для семян изготавливаются из листовой стали, они чаще имеют два отделения (для семян и гранулированных минеральных удобрений). Каждое отделение закрывается двумя крышками с поручнями, запорными защелками и защелками для фиксирования их в открытом положении. В дне переднего отделения ящика есть отверстия, сквозь которые семена попадают в высевающие аппараты, прикрепленные ко дну ящика. На задней стенке ящика стоят высевающие аппараты для удобрений. Есть возможность использования всего объема ящика только для семян, для этого закрывают окна туковысевающих аппаратов, снимают заслонки, перегораживающие ящик на два отделения.

Катушечный высевающий аппарат состоит из корпуса, желобчатой катушки, жестко посаженной на вал, рядом помещена муфта. Перемещение по оси катушки с муфтой относительно вала ограничивается шплинтами. С валом катушка передвигается в осевом направлении до полного выдвижения в корпус. Перемещением вала изменяется рабочая длина катушки, что влияет на количество высеваемых семян. Вал с катушкой перемещают по сектору рычагом, который фиксируется болтом. Корпус ко дну семенного ящика прикрепляется под отверстием для выхода зерна. В одно боковое отверстие вставляется розетка, а в другое входит муфта. Желобчатая часть катушки из корпуса выдвигается через прорези розетки, которая имеет специальные выступы. Это позволяет высевать мелкие семена небольшими порциями. Дно корпуса выполнено в виде клапана со вставкой и пружиной. Все клапаны корпусов монтируются на общем валике, который рычагом можно поворачивать, изменяя зазоры между клапанами и катушкой на выходе семян, что дает возможность высевать разные по размеру семена. Этим же рычагом высевающие аппараты освобождаются от остатков семян. Туковысевающий аппарат представляет собой катушку с двумя рядами штифтов, расположенных в шахматном порядке (катушечно-штифтовой аппарат). Катушка помещается между стенками корпуса, крепящегося к задней стенке ящика для семян и удобрений. Она не перемещается в осевом направлении с квадратным валом, на который насаживается, и норма высева удобрений регулируется изменением ее частоты вращения. В корпусе есть клапаны, сидящие на общем валике, который можно рычагом поворачивать по сектору. Рычагом все аппараты сразу опорожняют от удобрений. При вращении катушечноштифтовых аппаратов гранулированные удобрения по лоткам поступают в воронки гофрированных семяпроводов. Но они могут быть и гладкими резиновыми, и металлическими. Гладкие резиновые семяпроводы при изменении температуры и влажности быстро выходят из строя. А гофрированные надежнее в работе. В верхней части такого семяпровода укрепляется мундштук для присоединения к аппарату, в нижней – скоба, с помощью которой семяпровод присоединяется к сошнику. Металлические семяпроводы могут быть воронкообразными или спирально-ленточными. Воронкообразные семяпроводы состоят из стальных воронок, соединенных между собой цепочками. Спиральный ленточный семяпровод – это спирально скрученная стальная лента. Присоединяется он так же, как и остальные. Сошники могут быть дисковыми и наральниковыми. Они расставляются в два ряда в 15 см один от другого по ширине сеялки. Поводками они соединяются с сошниковым брусом и штангами с вилками квадратного вала подъема. Окончательную заделку семян выполняют установленные за сошниками подпружиненные зубья-загортачи, которые обоймами крепятся к левому и правому валам. Загортач изготавливается из стальной ленты, конец которой загнут в виде зуба. С плоской частью зуба соприкасается подпружинник, который удерживается хомутиком. Квадратный вал входит в рычаги, шарнирно соединенные со штангой, которая связана с передним круглым валом подъема сошников. При подъеме сошников штангой поворачивается вал загортачей. Валы высевающих аппаратов приводятся в действие от опорно-приводных колес машин через систему зубчатоцепных передач. В транспортное и рабочее положение сошники приводятся гидроцилиндром, включенным в гидросистему трактора. К заднему брусу рамы сеялки кронштейнами крепится подножная доска с поручнем для рабочего, обслуживающего сеялку.

Узкорядная сеялка СЗУ-3,6 отличается от базовой СЗ-3,6 конструкцией двухдисковых сошников. Каждый сошник подает семена в две бороздки, находящиеся на расстоянии 6,5 см.

Зернотравяная сеялка СЗТ-3,6. Ящик для семян и удобрений отличается от ящика базовой сеялки тем, что в отделении для семян установлены ворошилки и нагнетатель для предотвращения образования сводов и обеспечения нормальной подачи семян к высевающим аппаратам.

Прессовая сеялка СЗП-3,6 одновременно с посевом и внесением минеральных удобрений осуществляет прикатывание почвы в рядках. Ее рама впереди опирается на передок с двумя пневматическими колесами, сзади – на четыре секции перекатывающих катков. Заделка семян и удобрений производится естественной осыпью почвы со стенок бороздки, образованной сошниками. Идущие следом катки уплотняют почву. Сеялка может быть переоборудована для работы без прикатывания путем монтирования опорно-приводных колес вместо катков.

Сеялка луговых трав СЛТ-3,6 имеет такое же устройство, как и СЗТ-3,6, но может быть использована для разбросного посева многолетних бобовых и злаковых трав и их смесей. Для этого все сошники и нажимные штанги снимают, на поводках сошников и специальных удлиняющих планках монтируют рассевные воронки, в них закрепляют нижние концы семяпроводов. При движении сеялки семена и удобрения из семенного ящика поступают в воронки, рассеиваются по поверхности поля. Заделываются цепными загортачами.

Зерновые стерневые сеялки СЗС-2,1 и СЗС-9 используются для посева семян зерновых на почвах, которые подвержены ветровой эрозии. Рама устанавливается спереди на самоустанавливающееся колесо, сзади – на прикатывающие катки.

Специальные сошники, выполненные со стрельчатыми лапами, предназначены для предпосевного рыхления почвы. Стерню они оставляют на поверхности поля, семена и удобрения укладывают на ровное ложе бороздки.

Во время движения сеялки с включенными в работу сошниками семена из переднего отделения ящика и удобрения из заднего подаются высевающими аппаратами в воронки семяпроводов, по ним самотеком поступают в раструбы сошников и по направителям – на дно открытых сошниками бороздок.

От работы сошников зависит качество заделки семян. Щеки сошника поддерживают открытые стенки бороздки в верхней части.Окончательная заделка семян осуществляется загортачами, которые установлены за сошниками.

Раздел 4. Дорожно-строительная техника

Автовышка

Автовышка – самоходное транспортно-подъемное средство, используется в строительных, дорожных работах для подъема рабочих, инструмента и материалов, при ремонте зданий и сооружений, окраски, очистки, облицовки, штукатурки. Основное рабочее устройство – подъемная вышка на базе автомобиля, имеющая привод от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности. Производство таких автовышек развивается с середины XX в. с ростом автомобильной промышленности и потребностей различных отраслей производства, так как они имеют очень широкое применение. Самая распространенная конструкция – это телескопический подъемник-вышка, с люлькой или рабочей площадкой. Модификации в основном зависят от высоты подъема люльки или площадки и различаются от 6—23 м, а иногда и более. Водитель из кабины автомобиля управляет работой, осуществляя подъем, спуск, вышки повороты люльки и рабочей площадки. На самой рабочей площадке также имеется устройство для управления ее поворотами. Во время работы для устойчивости автовышки устанавливают по обеим сторонам автомобиля опоры-аутригеры. Дальнейшее усовершенствование конструкции такой автовышки направлено на увеличение высоты подъема, грузоподъемности, маневренности, надежности управления и эксплуатации.

Автогрейдер

Автогрейдер – самоходное колесное средство – автомобиль предназначается для разравнивания грунта и дорожностроительных материалов, таких как гравий, щебень, песок, для профилирования насыпей, перемещения грунта или песка, используется при строительстве и ремонте автомобильных и усовершенствованных дорог и покрытий, строительстве каналов. На автомобильном серийном шасси установлено основное рабочее устройство – полноповоротный отваг криволинейного профиля. Дополнительное сменное оборудование бульдозера или снегоочистителя. Управление автогрейдером осуществляет водитель из кабины при помощи механического или гидравлического привода. Сам грейдер – это отвал, перемещающий, разравнивающий грунт, отвал с ножом смонтирован на раме, он способен подниматься, опускаться, поворачиваться. Длина ножей 2,5—4,5 м. Современные автогрейдеры появились в XX в. с развитием автомобильной промышленности и ростом потребности различных отраслей народного хозяйства. Модификации различаются по конструкции и размеру основного устройства – отвала, который зависит от назначения. Дальнейшее совершенствование конструкции таких автомобилей направлено на увеличение производительности, маневренности, использования различных дополнительных устройств, расширение их использования.

Автогудронатор

Автогудронатор – самоходное колесное средство – автомобиль, используется в строительстве и ремонте дорожного покрытия для равномерного распределения по обрабатываемой поверхности органических материалов на основе гидронабутума и дегтя. На серийном шасси автомобиля установлены рабочие устройства автогудронатора: цистерна емкостью 7000 л, для материала – гудрона, система подогрева материала до 180 °С, состоящая из горелок и топливного бака, насос – для распределения материала по поверхности.

Дополнительные устройства: контрольно-измерительные приборы, манометр, технометр, указатель уровня материала в цистерне. Работой автогудронатора управляет водитель из кабины, привод насоса от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности.

Автогудронатор набирает материал и транспортирует его к месту распределения по покрытию дороги.

Такие современные автомобили – гудронаторы появились в XX в. с развитием машиностроения и ростом потребности производства. Модификации различаются по емкости и производительности. В основном широкое распространение имеют автомобили-гудронаторы, но также используются и прицепные гудронаторы – перекачивающие и распределяющие устройства, работающие вместе с автобитумовозом – автомобилем-цистерной, емкостью до 15 м2, для транспортировки битумов. Цистерна имеет цилиндрическую форму и сделана из стали или алюминиевых сплавов.

Автопогрузчик

Автопогрузчик – самоходная транспортно-подъемная машина, для погрузки и разгрузки строительных материалов в таре штучных грузов, на строительных площадках при различных ремонтных работах. Основное рабочее устройство такого автопогрузчика – вилочный захват, который перемещается вдоль вертикальной телескопической рамы при помощи гидроцилиндра, расположенного внутри этой рамы. Конструкция рамы позволяет ей отклоняться вперед и назад на 15° для придания грузу, находящемуся на вилах, устойчивости, при его перевозке и для удобства разгрузки. Когда автопогрузчик движется с взятым на вилы грузом, то рама отклоняется к кабине, что придает грузу устойчивость при выгрузке, рама отклоняется и это облегчает разгрузку, так как такие автопогрузчики используются для тяжеловесных грузов – ящиков со стройматериалами, блоков. Управляется автопогрузчик рычагами гидравлической системы с места водителя из кабины. Такие автопогрузчики в различных отраслях производства распространены с XX в., что связано с ростом машиностроения и потребностями народного хозяйства. Модификации в основном различаются по грузоподъемности 3, 5 т и наличии различных сменных рабочих приспособлений, таких как ковш, стрела, захваты. Дальнейшее совершенствование конструкции идет по увеличению грузоподъемности, маневренности, усовершенствованию систем управления.

Авторемонтная машина

Авторемонтная машина – самоходное транспортное средство – автомобиль-мастерская. Используется для ремонта и технического обслуживания автомобилей, работающих на строительстве и ремонте дорог, вдалеке от специализированных ремонтных баз. Такая авторемонтная машина – это кузов-фургон на базе шасси грузового автомобиля повышенной проходимости. Кузов – легкий, его назначение – обеспечить защиту находящихся в нем инструментов и выезжающей к месту ремонта рабочей бригады. Рабочее оборудование авторемонтной машины – это различные приборы и ремонтные инструменты, автономная электростанция, передвижные грузоподъемные средства.

Автосамосвал

Автосамосвал – самоходное мощное транспортное средство для перевозки грузов большой массы – грузовой автомобиль или прицеп. На базе серийного автомобильного шасси установлен кузов. Двигатель дизельный. Кузова различаются по способу разгрузки. Основной вид – самоопрокидывающийся кузов бункерного типа, для опрокидывания которого служат гидравлические подъемники телескопического типа, работой которых управляет водитель из кабины. Такие самоопрокидывающиеся кузова имеют наибольшее распространение, но также используются и кузова с принудительной шнековой разгрузкой. Такие большегрузные самосвалы появились в середине XX в. с ростом автомобильной промышленности и потребностями различных отраслей производства, так как предназначены они для работы на строительстве дорог, плотин, в карьерах, в районах низкой проходимости. Изготавливаются они из высокопрочных сталей или сплавов. Модификации различаются по назначению и по грузоподъемности 3—10 т, 27—40 т и более, это карьерные большегрузы. Дальнейшее совершенствование направлено на увеличение грузоподъемности, проходимости, скорости, на использование новых технологий и систем управления.

Асфальтобетоноукладчик

Асфальтобетоноукладчик – cамоходная машина, используется для укладки и распределения асфальтобетона при строительстве дорожных покрытий. Ходовое устройство гусеничное или колесное. Машины различают по типам, в зависимости от производительности: тяжелого типа 100 т/ч и легкого типа 50 т/ч. Асфальтобетоноукладчики тяжелого типа используют при строительстве дорожных объектов с большим объемом работ. Асфальтобетоноукладчики легкого типа применяют при вспомогательных небольших объемах работ. Принцип работы асфальтобетоноукладчика состоит в том, что асфальтобетонная смесь из самосвала поступает в бункер укладчика и подается скребковыми питателями к шнекам, которые распределяют ее по ширине укладываемой полосы. Укладчик оснащен также трамбующим брусом и выглаживающей плитой. Трамбующий брус выполняет разравнивание и уплотнение асфальтобетонной смеси, выглаживающая плита осуществляет отделку поверхности дорожного покрытия. Выглаживающая плита имеет специальное устройство для обогрева, предотвращающее прилипание смеси.

Асфальтоукладчик.

Асфальтобетон – строительный материал из уплотненной смеси щебня, песка, битума, горячий асфальтобетон укладывается при 120 °С, теплый – до 80 °С. Холодный не ниже 10 °С. Готовится асфальтобетон в специальной установке – асфальтобетоносмесителе. Устройство установки включает барабан для сушки и нагрева щебня и песка, смеситель, в котором песок и щебень сортируются и дозируются и после смешиваются с битумом. Смесители бывают с вертикальным или горизонтальным движением материалов. Перемешивание осуществляют мешалки периодического и непрерывного действия.

После просушки и нагрева в барабане песок и щебень подаются ковшовым элеватором в сортировочное устройство и в соответствующие отсеки бункера. Негабаритный материал отводится по лотку.

Каждая группа материалов взвешивается на весовом устройстве и после поступает в двухвальную лопастную мешалку, из устройства дозирования в нее подается насосом битум, смесь перемешивается до готовности и поступает в транспортное средство. Асфальтобетонная смесь должна соответствовать плотности, влагоустойчивости, прочности, что зависит от нагрузок и климатических условий. Все материалы смеси стандартизированы.

Бетононасос

Бетононасос – машина, предназначенная для перемещения бетонной смеси по бетоноводу на место ее укладки. Бетононасосы различаются по конструкции и по роду привода. Конструкция одно– или двухцилиндровая. Привод – кривошипно-шатунный или гидравлический. В обеих конструкциях поршень из бункера насоса засасывает бетонную смесь, при этом нагнетательный клапан закрыт, а всасывающий открыт. Обратным движением поршень выталкивает смесь в бетоновод. Длина хода поршня в рабочем цилиндре и постоянная скорость у бетононасоса с гидравлическим приводом больше, чем у кривошипношатунного. Это дает равномерное движение бетонной смеси и снижение сопротивления ее движению в бетоноводе. Бетононасосы подают смесь по вертикали – 40 м и по горизонтали до 300 м. Бетоновод состоит из отдельных труб с быстроразъемными соединениями. Производительность насосов 5—40 м3/ч.

Бетоносмеситель

Бетоносмеситель – машина, приготавливающая бетонную смесь способом перемешивания ее составляющих компонентов: вяжущего, заполнителей воды. Основное рабочее устройство бетоносмесителя – смесительный барабан, приводимый во вращение электродвигателем. Прототип бетона применяли в строительстве еще в Древнем Риме, и в качестве вяжущих веществ, компонентов использовали известь, гипс, глину. В XVIII в. производство бетона возобновилось в странах Европы, в это время стали использовать цемент в составе бетона. Первый цементный завод был построен в 1840 г. во Франции, в 1855 г. в Германии, в 1871 г. в США. Современные бетонные смеси приготавливаются на заводах или в передвижных бетоносмесителях. Заводы оборудованы стационарными смесителями. Для работ на строительных площадках используют передвижные бетоносмесители или автобетоносмесители – они имеют кузов или бункер, смонтированный на шасси грузового автомобиля. Объем готового замеса составляет более 1600 л. Характер работы бетоносмесителей различный: цикличного действия – выдающие готовую смесь порциями, и непрерывного действия – непрерывно перемешивающие компоненты и выдающие готовую смесь. Самый распространенный способ приготовления смеси – гравитационный: бетонная смесь перемешивается лопастями, укрепленными на внутренней поверхности во вращающемся барабане. Другой способ – принудительное перемешивание лопастями, передвигающимися в неподвижном барабане. Автобетоносмеситель перемешивает бетонную смесь во время своего движения к месту укладки бетона на строительном объекте.

Бетоноукладчик

Бетоноукладчик – машина, осуществляющая прием и распределение бетонной смеси на заданном рабочем участке при выполнении строительных работ. Бетоноукладчики различаются по назначению: для строительства бетонных покрытий дорог, площадок, фундаментов, полов и для изготовления железобетонных изделий. В строительстве дорог применяются бетоноукладчики на рельсовом ходу. На строительных площадках – самоходные бетоноукладчики на гусеничном ходу, они оборудованы устройством, принимающим бетонную смесь из бетоновоза или автобетоносмесителя. Подачу и распределение бетонной смеси осуществляет поворотный ленточный транспортер. Специальные устройства разравнивают бетонную смесь, уплотняют и заглаживают.

Битумовоз

Битумовоз – транспортное средство, предназначенное для перевозки битумов и жидких битумных материалов, имеющих температуру до 200 °С. Это специализированный грузовой автомобиль, или прицеп, полуприцеп. Резервуар для битума – горизонтальная цистерна емкостью до 15—25 м3. Битумовозы имеют специальные подогревательные устройства на дизельном топливе или керосине, чтобы обеспечить постоянную заданную температуру во время транспортировки. Битумовозы также оборудованы термометрами, указателями уровня налива, металлическими рукавами для слива жидкого битума. Битомовоз также может использоваться как автогудронатор, при строительстве дорог, если на него установить распределитель. Битумы – это природные образования – нефть, нефтепродукты, и искусственные, получаемые от переработки природных – каменноугольной, сланцевой – смол. Битумы использовались в 3000 г. до н. э. для покрытия водохранилищ, зернохранилищ, в строительстве тоннелей и зданий. Сейчас битумы имеют очень широкое применение в различных областях строительства и производства. На их основе изготавливают битумные лаки, пластики, изоляционные материалы кровельные. Битумы из твердых топлив – торфа и бурого угля получают растворителями и используют в литейной и электротехнической промышленности.

Бульдозер

Бульдозер – самоходная машина, предназначенная для землеройных работ – трактор или тягач, на гусеничном или колесном ходу. Основное рабочее устройство – навесной криволинейный отвал, щит, находящийся вне ходовой части машины. Бульдозер выполняет послойное копание, перемещение грунтов, полезных ископаемых, дорожностроительных материалов – песка, гравия, щебня, планирует дорожное покрытие, используется в дорожном строительстве, в постройке каналов, дорог и других объектов. Бульдозеры различаются по типу отвала: неповоротный, поворотный, универсальный. Неповоротный отвал установлен перпендикулярно продольности оси машины. Поворотный отвал, устанавливаемый под углом от продольной оси машины или также перпендикулярно. Универсальный отвал – состоит из двух шарнирно-сочлененных половин, которые можно устанавливать под любыми углами, к продольной оси машины или перпендикулярно к ней. Все отвалы имеют привод – гидравлический, канатный, электромеханический и выполняют движения – подъем, опускание, поворот, наклон отвала. Современные бульдозеры появились в середине XX в. на производствах тракторостроения. Они сконструированы на базе трактора, оснащены навесными рабочими устройствами различных конструкций, сменным оборудованием: откосниками, открылками, рыхлительными зубьями, уширителями, предназначенными для землеройных или планировочных работ. Основные характеристики бульдозера – тяговые качества, производительность, металлоемкость. Силовая установка бульдозера включает двигатель, силовую передачу, сцепление, коробку передач, соединительную муфту, центральную и конечную передачу. Ходовая система гусеничного бульдозера включает подвеску, гусеничные цепи, колеса – направляющие и ведущие, поддерживающие ролики, опорные катки. Ходовая система колесного бульдозера включает подвеску, оси, колеса с пневматическими шинами – направляющие и ведущие, механизмы управления – это рулевое устройство и тормоза. Электрическое оборудование – это источник электрического тока – аккумуляторная батарея, генератор, устройства освещения, вентиляции, звуковой и световой сигнализации. Работой бульдозера управляет водитель из кабины.

Виброкаток

Виброкаток – дорожная машина для уплотнения грунтов или дорожных покрытий, в несколько раз эффективнее использования статического катка. Основное рабочее устройство виброкатка – вальцы, одни из которых совершают вибрационные, колебательные движения. По способу перемещения виброкатка различаются – прицепные и самоходные. Прицепные виброкатки – одно– и двухсекционные, имеют гладкие, решетчатые вальцы или с шипами. Самоходные виброкатки имеют гладкие вальцы. Наибольшее распространение имеют прицепные односекционные виброкатки. Привод центробежного вибровозбудителя от двигателя внутреннего сгорания, а также самоходные с двумя вальцами и с механическим приводом вибровозбудителя и катка. Современные дорожные машины-катки появились в XX в., с общим развитием машиностроения. Усовершенствование их конструкции направлено на увеличение производительности.

Виброплита

Виброплита – вибрационная машина, используется в дорожно-строительных и ремонтных работах для уплотнения грунтов или дорожных оснований из гравия, щебня. Виброплиты имеют различие по способу перемещения, по виду привода. По способу перемещения бывают виброплиты ручные, прицепные, навесные, самопередвигающиеся, переставляемые. По виду привода виброплиты бывают: электрические, пневматические, гидравлические, с двигателем внутреннего сгорания. Более распространены виброплиты самопередвигающиеся с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Виброплита передвигается за счет горизонтальной составляющей возмущающей силы. Конструкция виброплиты включает: основное рабочее устройство – плиту, вибровозбудитель направленного действия, прижимные амортизаторы, управление, двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы виброплиты основан на сообщении плите колебательного вибрационного движения, интенсифицирующего рабочий процесс. Совершенствование конструкции виброплиты направлено на увеличение производительности и разработку систем защиты от вредного действия вибрации.

Виброплощадка

Виброплощадка – вибрационная машина для уплотнения бетонной смеси при изготовлении бетонных конструкций и изделий в строительных работах. Виброплощадки различаются по характеру колебаний: круговые, вертикальные, горизонтальные. По конструкции виброплощадки бывают рамного и блочного типа. Виброплощадка состоит из виброблоков, прижимов, опорных пружин, карданных валов, электродвигателя. Принцип работы виброплощадки основан на передаче колебаний от нее закрепленной на ней форме с бетонной смесью с помощью прижимов. Прижимы бывают пневматические, механические или электромагнитные.

Грейдер-элеватор

Грейдер-элеватор – землеройная машина, оснащение автогрейдера, или также бывают самоходные прицепные модификации. Производительность 500—1600 м3/г и более, основан на непрерывном действии – срезании грунта и перемещении его в отвал или в транспортное средство. Нож грейдера, имеющий вид диска 600—1000 мм в диаметре, срезает грунт, который направляется по наклонному ленточному конвейеру длиной 8—10 м. Такие устройства используются при строительстве дорог, каналов, насыпей, в планировочных работах.

Землечерпальная машина (снаряд)

Землеройная плавучая машина используется для копания и извлечения грунта из воды, при дноуглубительных работах, строительстве подводных котлованов. Первые землечерпальные машины использовались для добычи полезных ископаемых, они назывались «дрога». И появились в конце XIX в.: в 1870 г. в Новой Зеландии и в 1893 г. в России, на Амуре, в 1900 г. на Урале.

Современные землечерпальные машины различают по типам в зависимости от рабочего оборудования: одночерпаковый штанговый, многочерпаковый, грейферный.

Одночерпаковая штанговая машина – это плавучий экскаватор с черпаком емкостью 12 м3, перемещается с помощью подъемных свай, используется для выработки тяжелых каменистых грунтов, имеет скалодробильное устройство.

Многочерпаковая машина непрерывного действия. Принцип ее работы основан на извлечении грунта черпаками, соединенными в замкнутую цепь, охватывающую два барабана, верхний барабан имеет привод. Емкость черпака до 1,5 м3. Перемещается машина с помощью судовых лебедок. Грунт перемещается насосами, шлангами или конвейерами. Используется для разработки тяжелого или легкого грунта.

Грейферная машина имеет поворотный грейферный кран, иногда несколько, до четырех. Грейферы бывают 2– или 4-створчатые, емкостью до 4 м3, что зависит от грунта, который перевозится в трюме машины. Такие грейферные машины используются для дноуглубительных работ около берега и передвигаются на тросах при помощи судовых лебедок.

Драга

Драга – плавучая землечерпальная и горно-обогатительная машина с комплексом оборудования для добычи полезных ископаемых из-под воды. Драги используют для разработки прибрежных россыпей или водоемов. По назначению драги различают на 2 класса: континентальные и морские.

Континентальные драги используют в замкнутом водоеме, они смонтированы на плоскодонном судне.

Морские драги используют в прибрежной зоне и даже в глубоководной части морей или океанов. Они смонтированы на килевых судах, самоходных или буксирных, и приспособлены к работе в открытом море при штормовом волнении. Драга имеет промывочнообогатительное оборудование, находящееся на самом судне или на отдельной плавающей установке.

И континентальные, и морские драги различаются по роду энергии, по способу передвижения, по глубине разработки, по принципу работы, по емкости черпаков.

Род энергии: электрический, паровой, дизельный. Способ передвижения: канатно-свайные, канатно-якорные. Глубина разработки: от 6 м и более 50 м. Принцип работы: одночерпаковые, многочерпаковые, грейферные.

Емкости черпаков: малые до 100 л, средние до 250 л, большие до 600 л.

Самая мощная в мире драга построена в России в 1969 г. на Иркутском заводе тяжелого машиностроения. Емкость ее черпаков 600 л, глубина копания до 50 м. Дальнейшее развитие землечерпальных машин направлено на оснащение их высокопроизводительным оборудованием, системами автоматизированного управления, контроля, на использование электронных устройств, повышение эффективности.

Измельчительные устройства

Измельчительные устройства – устройства, предназначенные для тонкого дробления твердого металла. Используются в горно-обогатительной, химической, металлургической, строительной промышленности. Принцип действия измельчения основан на деформации материала при воздействии на него определенными приспособлениями и определенными способами. Процесс измельчения материала был известен в древности. Самыми первыми простейшими измельчительными устройствами были каменные ступка и пест. Ими пользовались люди за 8000 лет до н. э., жернова с ручным приводом появились за 3500 лет до н. э. в Китае и Египте. Но, как правило, они использовались для измельчения зерна, частично при добыче полезных ископаемых и в строительстве. И еще очень долго процесс измельчения оставался ручным и низкопроизводительным. И только в XIX в. появилось машинное измельчение с общим развитием машинного производства.

Самое первое машинное устройство для измельчения (шаровая мельница) появилось во второй половине XIX в. Современные измельчительные устройства-мельницы различаются по назначению и конструкции. Они бывают барабанные, роликовые, кольцевые, вибрационные, струйные, бегуны. Барабанные мельницы (шаровые, стержневые) используются для измельчения твердых материалов в химической, цементной промышленности, при добыче полезных ископаемых.

Роликовые и кольцевые мельницы используются для измельчения средних и мягких материалов (фосфоритов, угля). Вибрационные и струйные мельницы используются для тонкого и сверхтонкого измельчения малых частиц.

Бегуны используют для измельчения кварца, шпата, глины в строительной промышленности. Производительность измельчительной машины зависит от материала. На расходуемую для измельчения энергию влияют прочность и размеры материала, степень загрузки измельчительного устройства. Чтобы не допустить переизмельчения материала, процесс идет в замкнутом цикле, при разгружении материала из мельницы измельченный продукт заданных фракций отводится, но недостаточно измельченный возвращается обратно. Чтобы добиться тонкого измельчения, процесс осуществляют в две-три стадии, используя две-три мельницы, иногда работающие в разных циклах – одна в открытом, другая – в замкнутом цикле. Дальнейшее усовершенствование конструкции измельчительных машин направлено прежде всего на повышение производительности.

Кабелеукладчик

Кабелеукладчик – устройство для прокладки кабелей. Кабелеукладчики различаются по конструкции, которая зависит от назначения. Основное рабочее устройство – приспособление, прокладывающее кабель. По конструкции кабелеукладчики бывают: ножевые, гидравлические, роторные.

Ножевой кабелеукладчик состоит из рабочего расклинивающего ножа и переднего ножа, барабанов, на которых намотан кабель, кассеты, роликов, уменьшающих трение кабеля внутри кассеты. Ножевой кабелеукладчик во время работы буксируется тракторами. При движении рабочий нож расклинивает грунт, образует узкую щель между поверхностью грунта и своей расклинивающей частью, глубина щели достигает 1,5 м. К тыльной стороне ножа на шарнирах прикреплена пустая кассета, через которую пропускается кабель (или сразу несколько кабелей) и укладывается на дно щели. Передний нож предназначен для разрыхления верхнего слоя грунта и устранения препятствий. Тяговое усилие зависит от плотности грунта, глубины прокладки и достигает до 500 км, такое усилие дает совместная работа 3 тракторов, но иногда их может быть и семь. Производительность ножевого кабелеукладчика 5 км трассы в день. С помощью ножевого кабелеукладчика прокладывают кабель в глинистых, песчаных, каменистых грунтах, талых, мерзлых, но после их предварительного разрыхления. Также его используют для прокладки кабеля через водоемы – реки, каналы. Если по водоему тракторы не могут пройти, при глубине более 1 м, то тяговое усилие передается при помощи длинных тросов, от идущих по берегу тракторов.

Подводный ножевой кабелеукладчик предназначен для заглубления кабеля в дно, прибрежных участков, чтобы защитить кабель от повреждения тралами. Подводный кабелеукладчик буксирует судно, которое движется со скоростью до 3 км/ч. Кабелеукладчик при этом движется по дну на глубине до 200 м на специальных полозьях и его нож роет траншею до 0,1 м шириной и глубиной до 0,7 м. Такой подводный кабелеукладчик оборудован приборами, контролирующими его работу, измеряющими скорость и расстояние и передающими все данные на буксирующее судно по специальному кабелю, соединяющему кабелеукладчик и кабельное судно.

Гидравлический кабелеукладчик используется для прокладки кабеля через реку или море. На кабельном судне находится насос. Он под напором подает воду по трубе, конец трубы находится под водой на заданной глубине, вода выходит из трубы через сопло и образованной сильной струей размывает грунт. Получается траншея, в нее укладывается кабель, проходящий через другую трубу, сматывающийся с барабана, который тоже находится на кабельном судне. Производительность такого способа укладки кабеля до 10 м/ч. Самое первое кабельное судно появилось в 1858 г. в Великобритании, с него был проложен первый телеграфный кабель, соединяющий Великобританию с континентальной Европой. В 1865—1874 гг. были проложены трансатлантические кабели также с английского кабельного судна. В конце XX в. такие кабельные суда есть во многих странах, весь кабельный мировой флот имеет более 30 судов водоизмещением 8000, 12 000, 17 000 т. Кабельное судно устроено так, что в его трюмах находятся баки цилиндрической формы, в которых уложено витками несколько тысяч километров кабеля. На палубе находятся специальные ангары, в которых закреплены усилители электрических сигналов. Концы кабеля присоединяют к усилителю. На корме судна и на носу с обоих бортов находятся кабельные машины-лебедки с электроприводом, с усилием до нескольких сотен кН. Кабельная машина оснащена натяжным устройством со шкивами или гусеничным. На носу судна находится кронштейн со шкивами для кабеля. Таким устройством осуществляется прокладка кабеля на глубину до 6000 м, скорость продвижения до 15 км/ч. На кабельном судне есть оборудование, непрерывно контролирующее прокладывание кабеля и имеющее связь с береговой станцией. Также на судне имеются устройства – захваты и поплавки для поиска и подъема кабеля с целью его ремонта. Если кабель прокладывается в прибрежных участках моря или через небольшие реки, каналы, то применяются обычные буксирные и грузовые суда, на которых устанавливаются лебедка и шкивы для прокладки кабеля.

Роторный кабелеукладчик – это самоходный роторный экскаватор с прицепной тележкой, оборудованной устройствами для погрузки, транспортировки и укладки кабеля. Такой кабелеукладчик используется для прокладки кабеля и в талых, и в мерзлых грунтах. Основное рабочее устройство роторного кабелеукладчика – диск с режущими зубьями. Производительность роторного кабелеукладчика до 1 км трассы в день.

Канавокопатель (траншеекопатель)

Канавокопатель – машина для разработки (копания) канав, кюветов, траншей, каналов, используется в строительстве, земляных работах, мелиорации, разработке полезных ископаемых. Машина – это трактор, как правило, на гусеничном ходу с основным рабочим устройством для копания. Различается по типу рабочего устройства: пассивное – плуг или отвал, или комбинированное многоковшовое устройство и шнек, и активное – ротор или фреза. Трактор может быть самоходный или прицепной. Канавокопатель, оборудованный фрезой, используют для строительства осушительных каналов в торфяных болотистых грунтах, глубина канала до 2 м. Фреза вращается со скоростью 30 м/с, создается усилие среза грунта, измельчения торфа и выброс его на расстояние до 20 м. Канавокопатель, оборудованный ротором, применяют при строительстве оросительных каналов в плотных грунтах. Глубина канала до 2 м. Скорость вращения роторов 8 м/с. При этом грунт разбрасывается на небольшое расстояние от канала и применяется для постройки дамб. Фрезерные и роторные канавокопатели прокладывают канал за один или несколько проходов, что зависит от заданной его глубины, ширины и категории грунта. Их производительность до 800 м3/ч. Канавокопатель, оборудованный прицепным или навесным плугом или отвалом, также предназначен для прокладки каналов. Основное рабочее устройство плужного канавокопателя – двухотвальный плуг, который использует тяговое усилие трактора, образует канал до 1,2 м глубиной за один проход. Его производительность 1800 м3/ч. Основное рабочее устройство отвального канавокопателя – два симметричных грейдерных отвала, они разрабатывают грунт послойно, формируют откосы канала и его дно. Производительность отвального канавокопателя до 1500 м3/ч. Комбинированный канавокопатель применяют для прокладки кюветов, при выполнении землеройных работ на железной дороге. За один проход он прокладывает канал до 3 м глубиной. И каждый из его рабочих приспособлений выполняет разработку и отделку определенной части сечения канала. Производительность комбинированного канавокопателя зависит от числа проходов и использованных комбинированных рабочих устройств. Канавокопатели имеют широкое применение в различных отраслях производства.

Каток

Каток – машина, относящаяся к типу дорожных машин, используется в строительных, дорожных работах для уплотнения грунтов, покрытий, дорожных оснований способом укатывания. Катки различаются по способу перемещения и по принципу действия. По способу перемещения катки бывают самоходные и прицепные. По принципу действия – статические и вибрационные. Основное рабочее устройство катков – стальные вальцы – гладкие, решетчатые или имеющие на своей поверхности шипы. В некоторых конструкциях катков вместо жестких вальцов используются пневматические шины. Эффективность уплотнения зависит от массы катка, для ее увеличения применяют нагружение машины балластом (железобетон, песок), масса дорожных катков от 5 до 50 т. Скорость движения 2—8 км/ч. Для уплотнения грунта и дорожных оснований используют прицепные катки с гладкими вальцами или на пневматических шинах. Для уплотнения дорожных покрытий используют самоходные катки с гладкими вальцами статического или вибрационного действия.

Кирковщик

Кирковщик – самоходная колесная машина, используется при ремонте дорожных покрытий. На автомобильном шасси смонтировано основное рабочее устройство – кирковщик, имеющий 7—11 зубьев, которые разрезают дорожное покрытие при ремонте дорог или коммуникаций, управление механическое или гидравлическое, привод от двигателя автомобиля.

Ковш

Ковш – основное навесное устройство многих дорожных машин. Емкость, имеющая литую конструкцию, сварную или штампованную. Ковш предназначен для захвата грунта, строительного материала или горной породы, отделения его, перемещения и разгрузки или погрузки в транспортное средство. Ковш имеет режущую кромку, как правило, с зубьями которой он легко врезается в разрабатываемый пласт. Разгружается ковш со стороны режущей кромки, а также способом открывания дна. Характеристика ковша: прочность, способность к быстрому наполнению и разгрузке. Ковшами разных конструкций оборудованы экскаваторы, землечерпалки, погрузчики. Ковши прикрепляются у одноковшовых погрузчиков на рукоятях или раме, у многоковшовых экскаваторов на рабочих цепях, у грейферов подвешиваются к несущей конструкции. Ковши различаются емкостью, которая зависит от применения. Одноковшовые экскаваторы имеют ковш емкостью 0,15—200 м3, многоковшовые имеют ковши емкостью до 7 м3. Одноковшовые погрузчики имеют ковш емкостью 0,07—30 м3, многоковшовые имеют ковши емкостью до 0,1 м3. Емкость ковша скрепера до 60 м3, драги до 1 м3. Число ковшов у многоковшовых машин также различается. Многоковшовые роторные экскаваторы могут иметь 6—18 ковшей, многоковшовые погрузчики – до 12, драги – до 50 ковшей.

Конвейер

Конвейер – машина, предназначенная для перемещения сыпучих или штучных грузов. Принцип действия – непрерывный. Состоит из тягового и грузонесущего устройства. Применяется в различных отраслях производства, а также в горных выработках и земляных строительных работах. Прототипы конвейеров применялись за несколько тысяч лет до нашей эры – в Китае, Индии, Египте – в основном для подачи воды. Первое конвейерное перемещение сыпучих грузов относится к XVI– XVII вв. С середины XIX в. расширилась область использования конвейера, что связано с применением новых прочных материалов при его изготовлении. В конце XIX в. производство конвейеров стало отдельной областью машиностроения во многих промышленных странах: Великобритании, США, Германии, России. Современные конвейеры различаются по типу тяги и грузонесущего устройства. Тяговые конвейеры могут быть – канатные, ленточные, цепные; без тяги – гравитационные, инерционные, винтовые; по грузонесущему устройству – ленточное, скребковое, пластинчатое, ковшовое. Тяговые конвейеры, как правило, имеют машинный привод – электрический или пневматический. В безтяговых конвейерах груз перемещается под действием силы тяжести. На конвейерах груз перемещается в горизонтальной или наклонной плоскости. Конвейеры различаются по роду перемещаемых грузов: штучных или насыпных, но есть конвейеры, конструкция которых дает возможность перемещать как штучные, так и насыпные грузы.

Ленточные конвейеры предназначены для транспортировки и сыпучих, и штучных грузов на большие расстояния – до 12 км и более. Они состоят из отдельных секций. Трасса горизонтальная прямолинейная, но может быть и наклонной. Грузонесущее и тяговое устройство – лента, движущаяся по стационарным роликовым опорам и сгибающая приводной и натяжной барабаны. Плоская лента перемещает штучные грузы, желобчатая – сыпучие. Привод ленточного конвейера – это электродвигатель, редуктор, барабан и соединительная муфта. Сыпучий груз на ленту загружают через воронку или направляющий лоток, разгружают с помощью пускового сбрасывателя через концевой барабан. Ленточные конвейеры эффективны и высокопроизводительны до нескольких тысяч т/ч. Скорость движения ленты 1,5—4,0 м/с, ширина ленты 300—2000 мм. Передвижные короткие ленточные конвейеры, применяемые в строительстве, монтируются на колесном ходу.

Скребковые конвейеры предназначены для транспортировки, как правило, сыпучих грузов. Принцип работы основан на движении скребков по желобу, которые перемещают груз, поступающий в желоб через воронку. Контур сечения желоба и скребков всегда одинаковы по форме. Желоба изготавливаются из металла, скребки – из стали. Скребковые конвейеры перемещают груз на расстояние до 100 м, скорость их 1,0 м/с, производительность 50—350 т/ч, но они расходуют много энергии на преодоление сопротивлений. Разновидностью скребковых конвейеров являются трубчатые, их тяговая цепь и скребки находятся в трубе, и скребки заполняют все сечение трубы.

Инерционные конвейеры предназначены для транспортировки сыпучих грузов на короткие расстояния в горизонтальном и в наклонном направлении. В таких конвейерах груз движется под действием силы инерции. Инерционные конвейеры бывают качающиеся и вибрационные. Вибрационные конвейеры наиболее производительны, до 400 т/ч.

Эффективность конвейера зависит от соответствия его параметров свойствам груза и технологическим условиям. Технологические условия – это производительность, длина перемещения груза, направление – горизонтальное, вертикальное, наклонное, форма трассы, условия загрузки-разгрузки, размеры, плотность груза, ритм и интенсивность подачи. Конвейеры имеют высокую эффективность и возможность различной формы, невысокую стоимость, с этим связано их широкое применение в различных областях производства.

Копатель колодцев

Копатель колодцев – передвижная машина, предназначенная для копания шахтных колодцев. Машина смонтирована автомобильным грузовым прицепом, буксируемым автомобилем или трактором. Машина выполняет рытье колодца в грунтах средней плотности и в мягких грунтах – песок, глина, и оборудует колодец обсадными кольцами. Рабочее устройство копателя – это вышка, бурильная штанга, лебедка для подъема бура. Лебедка и бурильная штанга приводятся в движение с помощью двигателя внутреннего сгорания. Мощность двигателя до 22 кВт. С помощью лебедки осуществляют спуск в колодец обсадных колец из железобетона. Бур оснащен ножами, которые при его вращении врезаются в грунт, порода разрыхляется и поступает в полость бура, его поднимают на поверхность, и порода выбрасывается. Глубина такого колодца достигает 30 м, диаметр 125 мм. Производительность машины – копателя колодцев составляет 1,7 м/ч.

Корчеватель

Корчеватель – навесная машина, используемая в дорожно-строительных работах по подготовке дорожной полосы. Выполняет корчевание пней, кустарника, погрузку их, а также камней, грунта в транспортные средства. Для осуществления этих работ машина имеет рабочие устройства. Корчеватель-погрузчик, ковш, бульдозер. Корчеватель имеет клыки, которые углубляются в грунт под пни или камни, извлекают их рабочим поворотом его рамы.

Корчеватель осуществляет погрузку камней и пней, удерживая их грейферными захватами погрузчика. Размеры устройств: ширина отвала бульдозера 2,5 м, ширина корчевателя-погрузчика 1,7 м. Эти навесные устройства смонтированы на базе трактора на гусеничном ходу. Производительность ковша – 30—70 т/ч, бульдозера до 100 м3/ч. Сменным навесным оборудованием трактора также может быть дернорез, срезающий дерновый слой шириной 30 см, отвал и подрезающие ножи – для удаления кустарника, рыхлитель – для разрыхления плотного грунта специальными распложенными на раме зубьями, захватывающими слой глубиной до 70 см. Также это устройство способно разрушать покрытия из щебня или гравия.

Крановая техника

Крановая техника – различные транспортно-подъемные средства, используемые в строительстве и дорожных работах.

Кран автомобильный

Кран автомобильный – самоходное погрузочно-разгрузочное средство, используется в строительно-ремонтных работах для погрузки и разгрузки подвижного состава автотранспорта. Подъемное устройство смонтировано на серийном автомобильном шасси. Основное рабочее устройство – поворотная консольная стрела, грузоподъемное приспособление – сменное: крюк, гейфер. Грузы – тяжеловесные, штучные, навалочные.

Для подъема штучных грузов применяется крюк, для погрузки навалочных грузов – грейфер. Привод крана (стрелы) – электрический, гидравлический или механический от двигателя автомобиля, через коробку отбора мощности. Модификации крана различаются в основном по грузоподъемности и вылету стрелы.

Грузоподъемность достигает более 16 т, вылет стрелы до 12 м, но при оборудовании специальной вставкой до 22 м. Высота подъема крюка до 18,5 м. Во время работы для увеличения устойчивости кран устанавливается на дополнительные опоры-аутригеры. Управление работой крана осуществляет крановщик из специальной поворотной кабины. Применение таких кранов в строительно-дорожных работах очень эффективно.

Кран пневмоколесный

Кран пневмоколесный – самоходное транспортно-подъемное средство, используется в строительных работах. Подъемное устройство смонтировано на специальном шасси. В зависимости от работы кран оборудован сменными стрелами. Длина их достигает 60—100 м и более. Во время работы используются дополнительные опоры-аутригеры. Грузоподъемные приспособления – это крюки, грейферы. Грузоподъемность пневмоколесного крана достигает 200 т, но у специальных монтажных до 600 т.

Простейшие подъемные устройства, применяемые до XVIII в., были деревянными с ручным приводом, и только в XIX в. отдельные вращающиеся детали стали делать металлическими.

Современные мощные краны большой грузоподъемности появились в середине XX в., с общим развитием машиностроения и ростом областей производства их использования.

Модификации различаются в основном по грузоподъемности и вылету стрел, использованию различных грузоподъемных приспособлений.

Дальнейшее усовершенствование направлено на увеличение этих основных параметров – грузоподъемности, вылета стрелы, высоты подъема груза, маневренности, производительности, точности работы.

Машина по уборке улиц

Машина по уборке улиц – самоходная уборочная машина, используется для очистки улиц, проезжей части. Эта машина принадлежит к группе коммунальных машин, смонтирована на серийном шасси грузового автомобиля. Машина осуществляет уборку с увлажнением, мойку и поливку. С проезжей части дорог мусор собирается вращающимися цилиндрическими и коническими щетками и подается на транспортер, откуда сбрасывается в бункер машины. Очистка улицы производится пневматическим способом с увлажнением. Также на шасси автомобиля смонтированы цистерна емкостью до 6000 л, центробежный насос и распределительные насадки, разбрызгивающие воду. Такие поливномоечные машины могут быть использованы не только для обработки дорожного покрытия, но и поливки газона. Современные коммунальные машины появились в XX в., и их усовершенствование направлено на повышение надежности, маневренности, производительности, на использование базового шасси и различного навесного оборудования.

Мусоровоз

Мусоровоз – самоходная машина на базе грузового автомобиля, относится к группе коммунальных машин, используется для вывоза мусора с территорий населенных пунктов. Рабочее устройство смонтировано на серийном шасси автомобиля. Управление осуществляет водитель из кабины. Мусоровозы различаются по конструкции: контейнерные и кузовные. Контейнерный мусоровоз используется для перевозки сменных контейнеров – мусоросборников.

Такой автомобиль имеет рабочее грузоподъемное устройство: поворотный консольный кран, осуществляющий погрузку и выгрузку контейнеров-мусоросборников. Кузовной мусоровоз используется для извлечения мусора из контейнера-мусоросборника. После поступления в кузов мусор уплотняется, это повышает коэффициент загрузки. Современные модификации таких автомобилей появились в середине XX в. с общим развитием автомобильной промышленности и с ростом потребностей городского хозяйства, их дальнейшее применение связано с усовершенствованием конструкции, направленной на повышение производительности, маневренности, эффективности.

Нарезчик швов

Нарезчик швов – машина на колесном ходу для нарезки швов в бетонном покрытии при ремонте. Основное рабочее устройство – вибрационные режущие приспособления – ножи для нарезки швов в свежеуложенном бетоне, и абразивные диски для нарезки швов в затвердевшем бетоне. Вибрационный нож нарезает поперечные швы, вибродиск – продольные швы. Машина оборудована специальным устройством – выглаживающим поддоном, для разглаживания покрытия в зоне шва.

Осветительное оборудование для трасс

Осветительное оборудование для трасс – световой прибор «заливающего света», предназначенный для освещения открытой территории, строительной площадки. В таких приборах применяют стеклянные или металлические круглосимметричные отражатели 0,25—0,6 м в диаметре, дающие веерообразный пучок света. Величина силы света у прибора «заливающего света» с лампами накаливания – 105—107 кд. Плоский угол излучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях находится в пределах 12—30° и 40—20°. В приборах заливающего света применяют источники света мощностью 50 кВт. Дальнейшее усовершенствование световых приборов для освещения строительных объектов направлено на снижение его массы, повышение точности при изготовлении оптических устройств, использование мощных источников света.

Раздельщик трещин

Раздельщик трещин – машина на колесном ходу для разделки швов способом заливки их специальной эмульсией, машина имеет секционную раму на самоходном шасси. По раме передвигается каретка, на которой установлены сопла, разбрызгивающие эмульсии. На раме расположены компрессор и баки для эмульсии. Производительность 1500—3000 м3/ч. Такие машины используются в строительных и ремонтных дорожных работах для создания влагонепроницаемой поверхности покрытия.

Скрепер

Скрепер – землеройно-транспортная машина, предназначенная для послойного срезания грунта, транспортирования его и разравнивания или разгружения в отвал. Используется в дорожном строительстве для планировки поверхности дорожного покрытия, в горном деле при добыче полезных ископаемых. Основной рабочий орган – ковш, который с поверхности срезает грунт послойно. Скреперы различаются по виду тяги, по способу погрузки и разгрузки грунта, по типу привода, по параметрам ковша. По виду тяги скреперы бывают самоходные или прицепные, буксируемые трактором на гусеничном или колесном ходу. Способ забора грунта бывает свободный или принудительный. Свободный способ осуществляется при движении скрепера вперед с опущенным ковшом, разгрузка грунта из ковша, как правило, происходит на ходу, высыпаясь или между колесами скрепера, или назад за его колеса. Или грунт разгружается слоями толщиной до 0,5 м. Дальность перевозки грунта доходит до 0,1—5 км. Емкость ковша скрепера составляет от 3 до 18 м3. Принудительный способ забора грунта осуществляется загрузкой ковша скребковыми элеваторами с автоматизированным управлением.

Скрепером также называется ковш – основное рабочее устройство канатноскреперных установок, которые используются на транспортных работах на поверхности и под землей. Рабочие действия скрепера – ковша осуществляет лебедка при помощи системы блоков и канатов.

Снегоуборочная техника

Снегоуборочная техника – машины для уборки снега и его погрузки в транспортное средство. Для уборки снега применяются машины-снегоочистители. Они различаются по типу основного рабочего устройства и бывают плужные и роторные. Плужный снегоочиститель – это автомобиль или трактор, в передней части которого смонтировано очистное устройство – плуг, срезающий снег. Роторный снегоочиститель – это также автомобиль или трактор, имеющий два рабочих устройства – ротор и шнек или фреза, плуг: фреза срезает снег и подает в ротор, который отбрасывает снег на расстояние до 20 м. Такие шнекороторные снегоочистители имеют широкое распространение.

Для погрузки снега в транспортное средство применяется машина-снегопогрузчик на базе автомобиля. Его основное рабочее устройство – диск и питатель с захватывающими лапами. Лапы загребают снег и подают на скребковый транспортер, который передвигает его и сбрасывает в транспортное средство – самосвал или прицеп, буксируемый трактором, тягачом. Такая снегоуборочная техника очень эффективна и используется для очистки от снега проезжей части и тротуаров улиц в городах и дорог междугородного сообщения.

Трамбовка

Трамбовка – ручная машина, предназначенная для уплотнения грунта или строительных материалов при выполнении дорожно-строительных работ. Основное рабочее устройство – трамбующий башмак. Привод электрический или пневматический. Принцип работы основан на возвратно-поступательном движении трамбующего устройства. Рукоятка управления оборудована амортизатором. Масса электрической трамбовки достигает 150 кг, производительность до 80 м3/ч. Но используется ручная трамбовка при небольших объемах работ, в труднодоступных местах. Для больших объемов применяется трамбующая машина.

Трамбующая машина

Трамбующая машина – самоходная машина, предназначенная для послойного уплотнения грунта различного состава и состояния. Трамбующая машина смонтирована, как правило, на тракторе или самоходном шасси. Основное рабочее устройство – плита, осуществляющая уплотнение грунта. На шасси трактора также установлены: передняя и задняя подвески, редуктор, полиспастный механизм, канатный компенсатор, направляющие штанги, тяга, канат, подвижные удлинители. Трамбующие машины бывают тяжелые, средние и легкие. Тяжелые трамбующие машины монтируются на гусеничных тракторах или на стреловых экскаваторах. Трамбующая плита у них имеет массу до 3 т и опускается, сбрасывается с высоты до 2,5 м, тем самым выполняя уплотнение грунта. Средние дизель-трамбовки смонтированы на самоходном шасси или как навесное оборудование трактора.

Навесные трамбующие машины на базе гусеничного трактора имеют дизель-трамбовку, иногда несколько трамбовок, работающих поочередно, или плиту, толщина уплотняемого слоя при этом до 1,5 м, рабочая скорость 0,2—0,3 км/ч, производительность до 450 м3/ч. Легкие – это ручные трамбовки.

Трамбующие машины различаются по способу воздействия трамбующего устройства на уплотняемый грунт или непосредственное воздействие на грунт самого трамбующего устройства или через плиту, лежащую на грунте.

Трейлер

Трейлер – передвижное транспортное средство для перевозки тяжелых крупногабаритных грузов. Трейлер представляет собой многоосный прицеп, буксируемый тягачом. У него низкое шасси грузового автомобиля и много осей (до 6), число колес на одной оси доходит до 8, это должно снизить нагрузку на дорожное покрытие, что необходимо при большом весе перевозимого груза. На шасси трейлера расположена платформа без бортов, имеющая настил из металла, откидывающиеся трапы предназначены для погрузки и разгрузки. Как правило, трейлер имеет погрузочно-разгрузочные устройства, лебедки, которые работают от двигателя тягача. Трейлеры перевозят большие и тяжелые грузы, например такие, как детали турбин. Поэтому их грузоподъемность составляет до 60 т и даже до 100 т.

Триммер

Триммер – погрузочно-разгрузочное средство. Представляет собой передвижную машину – конвейер. Основное рабочее устройство – ротор или движущаяся лента. Принцип работы этой машины основан на перемещении сыпучих грузов способом разбрасывания в стороны. Расстояние, на которое может быть перемещен грунт, достигает 30 м. Производительность может составлять 1000 т/ч и даже более, так как она зависит от вида груза и назначения машины. Такие конвейеры используются для перемещения сыпучих грузов, таких как грунт, песок, разрыхленная порода. Они работают в карьерах, шахтах, на строительстве дамб, используются для планировочных работ.

Трубоукладчик

Трубоукладчик – машина, предназначенная для прокладки трубопроводов. Смонтирована на базе гусеничного трактора. Основное рабочее устройство – боковая стрела с захватом, а также контргруз – уравновешивающий трактор, лебедка на специальной раме и привод. Основная характеристика трубоукладчика – грузоподъемность, которая достигает 35 т. Работа трубоукладчика при укладке трубы в траншею заключается в следующих действиях: удержание трубопровода на весу, во время прохождения по нему очистных и изоляционных машин, опускание трубопровода в траншею, удержание конца трубопровода при выполнении сварочных работ. И также трубоукладчик используется для разных погрузочно-разгрузочных работ в зоне строительства трубопровода. Трубоукладчики стали применяться в XX в., когда широко распространилось строительство трубопроводов как вида транспорта, передающего на дальние расстояния жидкие, газообразные продукты. Как правило, трубопроводный транспорт используется для транспортировки нефти или газа. Трубопроводы различаются по территориальному расположению и назначению, они бывают промышленные и магистральные. По промышленному трубопроводу транспортируются нефтепродукты в пределах производственного предприятия для осуществления технологического процесса. По магистральному трубопроводу готовые нефтепродукты транспортируются с нефтеперерабатывающих заводов в районы потребления или с мест добычи к местам переработки (на заводы) или к местам дальнейшей транспортировки, например в порты, для перегрузки в танкеры. Трубопровод – эффективный, экономичный вид транспорта. Транспортировка по нему механизирована и автоматизирована, что снижает себестоимость жидких грузов почти в три раза. Дальнейшее использование трубопроводного транспорта направлено на увеличение диаметра труб и грузоподъемности, маневренности трубоукладчика.

Установка для откачки воды – насосная установка

Установка для откачки воды – насосная установка – устройство, состоящее из насосного агрегата, подводящего и отводящего трубопроводов, резервуаров для воды, приборов (контрольно-измерительные, автоматическое управление, сигнализация). Насосные установки различаются по назначению, по принципу работы и использования. По принципу использования насосные установки бывают постоянные, временные, краткосрочные. По принципу работы насосные установки бывают с раздельной, параллельной или последовательной работой, если участвуют несколько насосов.

Насосные установки по назначению бывают: водопроводные, канализационные, строительные. Если насосная установка применяется на короткое время, то используется передвижной насосный агрегат, гибкие шланги вместо труб, основной показатель насосной установки – полная высота подачи жидкости. Основное рабочее устройство насосной установки – насосный агрегат, состоящий из насоса, двигателя и передачи. Насосные агрегаты различаются по типу двигателя и по монтажу, который зависит от назначения. По типу двигателя насосные установки бывают: электронасосные – двигатель электрический, турбонасосные – двигатель-турбина, дизельные – двигатель внутреннего сгорания. Первые прототипы насосных агрегатов пробовались в 1613, 1698, 1712 гг. Но они имели привод от водяного колеса или водяного пара, и только в начале XX в. распространились насосные агрегаты с электроприводом. Насосный агрегат небольшой мощности имеет корпус, в котором некоторые узлы двигателя и насоса общие – это моноблочная конструкция.

Но используется и немоноблочная конструкция, в которой насос и двигатель соединены муфтой, через передачу вращения валов, или ременную передачу с простыми или ступенчатыми шкивами и также индукционные муфты скольжения. Работа насосной установки осуществляется за счет взаимодействия насосного агрегата с другими составными устройствами установки. Характеристика режима работы насосной установки – равенство напора насоса преодолеваемому напору, в данных условиях. Изменение режима работы насосной установки происходит или от влияния разных факторов, или специальным регулированием, например изменением частоты вращения вала насоса. Для устойчивого действия насосной установки обязательно, чтобы высота расположения насоса над захватываемой жидкостью не превышала высоты всасывания. Пуск, остановка, контроль работы насосной установки осуществляется автоматически, соответствующими реле, контакторами и другими устройствами.

Цементовоз

Цементовоз – транспортное средство, предназначенное для перевозки цемента без тары. По способу передвижения цементовозы бывают автомобильные, железнодорожные – вагоны, суда-цементовозы, речные и морские. Основное устройство цементовоза – вертикальный или горизонтальный резервуар. Разгрузка пневматическая и гравитационная.

Автоцементовоз смонтирован на шасси грузового автомобиля – это горизонтальный резервуар – цистерна – полуприцеп. Внутри нее находятся аэролотки для подачи воздуха в цемент. Аэролотки – это металлический желоб, тканевая пористая перегородка и металлический откос. На шасси автотягача находится компрессор. Цемент загружается в цементовоз гравитационным способом. Разгрузка осуществляется таким способом: включается компрессор и воздух направляется через перегородку аэролотка тонкими струями в цемент, который стекает, как жидкость, по наклоненному на 6° аэролотку и направляется к разгрузочному патрубку, через который подается сжатым воздухом на высоту до 25 м в силос. Автоцементовоз имеет грузоподъемность до 22 т и используется для транспортировки цемента на расстояние до 150 км.

Железнодорожный цементовоз — это бункерный вагон грузоподъемностью до 60 т, вагон-цистерна или несколько цилиндрических резервуаров на одной железнодорожной платформе. По железной дороге цемент перевозится на расстояние до 1000 км.

Суда-цементовозы имеют грузоподъемность до 5000 т. В них перевозится цемент с цементных заводов, расположенных вблизи водных путей. Используется транспортировка цемента на судах в контейнерах.

Цемент – это искусственный неорганический порошкообразный вяжущий материал, обладающий способностью при взаимодействии с водой или жидкостями образовывать пластичную массу, твердеющую и превращающуюся в прочный камень. Цемент – основной строительный материал для получения строительных растворов, бетона. Сырье для изготовления цемента: известняк, глина, мергели, мел, глинистые сланцы, кварцевые пески, бокситы, железные руды. Развитие производства цемента и его перевозок связано с растущей потребностью строительства.

Цементораспределители

Цементораспределители – дорожные машины, предназначенные для выполнения цементобетонных покрытий. Машина, представляющая собой трактор, имеющий навесное оборудование, осуществляющее подготовку дорожного основания, устройство, планирующее песчаный слой и уплотняющее его, устанавливающее рельс-формы и осуществляющее стыковку и закрепление их звеньев, распределяющее цементобетон по подготовленному основанию, уплотняющее, отделывающее поверхность, затирающее швы и обрабатывающее уложенный бетон, эти же работы выполняет самоходная машина рельсоукладчик. Принцип его работы основан на перемещении по рельс-формам и планировании слоя песка и уплотнения его. Для этого машина имеет специальное рабочее устройство: профилированный отвал для планировки слоя, и вибробрус для его уплотнения. При такой обработке получается слой полотна шириной до 7 м и толщиной 300 мм. Устройства распределители периодического или непрерывного действия осуществляют равномерное распределение цементобетонной смеси по ширине дорожного основания.

Отделочная машина выполняет разравнивание и уплотнение цементобетонной смеси. Такие отделочные машины различаются по типу ходовой части и принципу работы. Устройство ходовой части: гусеничное или колесное шасси, передвижение по рельс-формам. Принцип работы трамбующий или вибрационный. Основные рабочие устройства этой машины: разравнивающий брус, трамбующий брус, разглаживающая плита. Разравнивающий брус разравнивает по основанию цементобетонную смесь, трамбующий брус уплотняет ее. Разглаживающая плита выполняет окончательную отделку поверхности.

Также существуют специализированные машины, выполняющие разглаживание слоя полотна шириной более 7 м. Их производительность 80 м3/ч. Дальнейшее усовершенствование таких дорожноотделочных машин направлено на увеличение их производительности, маневренности и снижение затрат энергии, использование автоматизации и создание различных сменных навесных устройств.

Щебнеукладчики

Щебнеукладчики – дорожные машины для распределения щебня или гравия, применяются в дорожно-строительных работах для формирования дорожных оснований или переходных покрытий. Специальная машина имеет устройство для распределения строительных материалов: щебня, гравия, каменной крошки, укладывая полотно шириной до 3600 мм и высотой слоя до 250 мм. У машины есть специальное приспособление для образования уклона дорожного покрытия. Машина также оборудована двумя виброплитами, уплотняющими слой выложенного на полотно щебня. Машина имеет производительность до 100 т/ч. Устройство, распределяющее каменную крошку, может быть навесным оборудованием самосвала. Самосвал имеет регулирующую заслонку, через которую подаются из кузова самосвала мелкие фракции каменной крошки. Распределитель каменной крошки имеет производительность 800 м2/ч. Для стабилизации и измельчения щебня, гравия или грунта перемешивают их с вяжущими материалами неорганическими: цементом, известью, органическими: битумом, дегтем. Как правило, такую небольшую по объему работу осуществляют специальные дорожные фрезы: прицепные на двухколесном шасси или навесные на тракторе или грейдере. Если же объем работ по измельчению этих строительных материалов большой, то для таких работ используются специальные самоходные машины на базе грузового автомобиля или агрегат, в состав которого входят многоковшовый погрузчик, смеситель и укладчик. Погрузчик имеет шасси гусеничного трактора и выполняет функции тягача.

Экскаватор

Экскаватор – машина для разработки ковшом грунта, горных пород (способом копания), погрузки их в транспортирующее средство или укладки в отвал, используется при проведении земляных, дорожных работ, строительстве дорог, горных выработках. Первые попытки строительства и использование ковшовых копательных машин для земляных работ начались с XVI в. В XIX в. были построены экскаваторы в России и США. Но широкое распространение использование экскаваторов получило в конце XIX – начале XX вв. Они были полноповоротные, одноковшовые, на гусеничном, рельсовом ходу, с двигателем внутреннего сгорания. В 1901 г. в России был налажен выпуск одноковшовых экскаваторов на Путиловском заводе в Петрограде, в 1937 г. – на Урале. Производство современных мощных экскаваторов имеется в разных странах: США (фирмы «Хартитфегер», «Марион», «Бюсайрус»); в Германии, Великобритании, Франции, Японии, Чехии. Экскаваторы отличаются большой мощностью, емкость ковша составляет более 160 м2, длина стрелы 100 м. Производительность мощных роторных экскаваторов до 5000 м3/ч. Современные экскаваторы различаются по устройству ковша на две группы: одноковшовые и многоковшовые.

Одноковшовые экскаваторы – наиболее распространенный класс. Их рабочий цикл состоит из следующих действий: копание грунта, заполнение им ковша, места его разгрузки, разгрузка грунта из ковша в транспортное средство или в отвал, возвращение ковша на место работы. Продолжительность цикла зависит от условий работы и от типа экскаватора и может составлять до 80 с. Производительность одноковшового экскаватора с ковшом емкостью 1 м3 достигает 180 м3/ч. Одноковшовые экскаваторы применяются для выработки самых различных грунтов: крепких, мягких, неоднородных, с твердыми включениями. Скальные породы предварительно разрыхляют. Одноковшовые экскаваторы различаются по роду ходового оборудования, по типу привода, по роду силовой установки, по виду управления, по виду рабочего оборудования, по назначению. Ходовое оборудование: колесное, гусеничное, плавучее, шагающее, рельсовое, колесно-гусеничное. Тип привода: один двигатель и смешанный или индивидуальный привод всех механизмов. Род силовой установки: двигатель внутреннего сгорания, дизельный, карбюраторный, электрический, гидравлический, пневматический, комбинированный. Вид управления: ручное, гидравлическое, пневматическое, электрическое смешанное. Вид рабочего оборудования: прямая лопата – жесткая шарнирная связь ковша со стрелой, обратная лопата – также жесткая шарнирная связь ковша со стрелой, фарлайн, грейфер – гибкая связь ковша со стрелой. Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, используются для разработки полезных ископаемых, рытья котлованов в крепких, каменистых, скальных породах и грунтах. Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, применяются для копания траншей, прокладки трубопроводов, устройства фундаментов, рытья котлованов глубиной 8 м.

Экскаватор-драглайн. Ковш подвешен к стреле с помощью подъемного и тягового каната. Такие экскаваторы используются для разработки скальных, предварительно разрыхленных пород, выемку грунта ковш-драглайн осуществляет ниже уровня установки самого экскаватора. Экскаватор-грейфер используется для рытья котлованов, работы под водой, погрузочных работ. Экскаватор-струг используется в дорожном строительстве для планировки покрытия. Универсальный экскаватор имеет различное сменное оборудование, используется в различных земляных, строительных, монтажных, подъемно-транспортных, погрузочных, разгрузочных, свайных, буровых работах. Сменное оборудование – это, например, лопата, кран, драглайн. По назначению одноковшовые экскаваторы делятся на строительные, карьерные, вскрышные, тоннельные, шахтные, плавучие. Строительные экскаваторы различаются по емкости ковша, грузоподъемности крана, массе. Малой мощности – емкость ковша до 1,8 м3, грузоподъемность крана до 45 т, масса до 65 т. Средние – емкость ковша до 3 м3, грузоподъемность крана до 80 т, масса до 100 т. Большой мощности – емкость ковша до 6 м3, грузоподъемность крана до 150 т, масса 210 т. Строительные экскаваторы бывают на гусеничном или на пневмоколесном ходу, используются для выработки как мягких, так и крепких грунтов. Карьерные экскаваторы имеют мощное рабочее оборудование – лопату или драглайн, высокие рабочие усилия, скорость работы и большую производительность. Некоторые карьерные экскаваторы имеют емкость ковша до 20 м3 и массу до 900 т. Они используются в карьерах в крепких грунтах для выработки породы и погрузки в большегрузные автосамосвалы.

Ходовое оборудование карьерных экскаваторов – гусеничное, силовое – электрический двигатель. Вскрышные экскаваторы используют для перемещения вскрышных пород в отвал или погрузки в транспортное средство. Емкость ковша до 150 м3, масса 700—12 700 т, ходовое оборудование – 4 гусеницы, силовое – электрическое. Также используются и шагающие драглайны с емкостью ковша более 160 м3, массой до 14 000 т. Тоннельные, шахтные экскаваторы применяются в подземных условиях, при проходке тоннелей, строительстве подземных сооружений, выработке полезных ископаемых. Емкость ковша 1 м3, масса до 30 т.

Многоковшовые экскаваторы имеют рабочее оборудование – ковш, шарнирную ковшовую раму, стрелу, платформу, на которой оно установлено, ходовое оборудование – гусеничное, пневмоколесное, рельсовое, шагающее. Работа многоковшового экскаватора состоит в копании, захвате, транспортировке, разгрузке грунта на конвейер или в транспортное средство. Многоковшовые экскаваторы по виду рабочего оборудования бывают цепные и роторные. В устройстве цепного экскаватора – ковши (до 40 шт.) укреплены на цепи, движущейся по каткам рамы.

В роторных экскаваторах – колесо-ротор с ковшами (до 24 шт.). Скорость работы роторных больше, чем цепных, так как ротор грунт не транспортирует, но высыпает на конвейер роторной стрелы.

Цепные экскаваторы используются для отделки откосов, роторные – для выработки и складирования грунта.

По направлению движения ковшей многоковшовые экскаваторы бывают поперечного или продольного копания.

В наши дни экскаваторостроение – это целая отрасль машиностроения. Развитие ее направлено на увеличение производительности, мощности, использование новых конструкций, создание автоматических систем управления всеми машинами комплекса, строительство экскаваторов различной массы и повышение эффективности.

Бетоноукладчик – машина, осуществляющая прием и распределение бетонной смеси на заданном рабочем участке при выполнении строительных работ. Бетоноукладчики различаются по назначению: для строительства бетонных покрытий дорог, площадок, фундаментов, полов и для изготовления железобетонных изделий. В строительстве дорог применяются бетоноукладчики на рельсовом ходу. На строительных площадках – самоходные бетоноукладчики на гусеничном ходу, они оборудованы устройством, принимающим бетонную смесь из бетоновоза или автобетоносмесителя. Подачу и распределение бетонной смеси осуществляет поворотный ленточный транспортер. Специальные устройства разравнивают бетонную смесь, уплотняют и заглаживают.

Раздел 5. Механические устройства

Автостроп

Автостроп – грузозахватный механизм какой-либо грузоподъемной машины с автоматическим захватом и освобождением груза. Автостроп обычно подвешивается на грузовом тросе или канате машины (в некоторых случаях используются цепи). При погрузо-разгрузочных работах используются разные типы автостропа, в зависимости от вида груза. В обычном автостропе крюки захватывают груз только при определенном положении кулачка. При определенном положении траверса может быть поднята вверх со всеми соединенными с ней звеньями. При этом упор будет контактировать с кулачком и удерживать раму от перемещения траверсы. Если в этом же положении ослаб канат (или трос, цепь), то упор при опускании траверсы повернет кулачок. При последующем подъеме траверсы кулачок повернется налево, а рама может свободно перемещаться относительно траверсы. Крюки при этом под действием тяг повернутся и захватят груз. Груз поднимают и перемещают в заданное место. При опускании груза, когда он будет установлен на заданную поверхность и ослабнет канат, траверса опустится. Крюки под действием тяг разойдутся и освободят груз, упор повернет кулачок в противоположную сторону. После этого можно поднимать автостроп, при этом звенья примут положение, при котором крюки разомкнуты, а кулачок контактирует с упором. При выполнении погрузо-разгрузочных работ цикл повторяется.

В другом варианте автостропа, подвешенного на тросе (или канате, или цепи), имеются:

  1) вилка, соединенная с тросом с возможностью свободного вращения;

  2) траверса, перемещающаяся относительно вилки;

  3) тяги, соединенные с траверсой;

  4) крюки, связанные шарнирно с тягами;

  5) рама, соединенная шарнирно с крюками;

  6) кулачок с фигурным пазом, установленный на раме.

При осуществлении погрузо-разгрузочных работ в данном варианте автостропа траверса перемещается относительно вилки и через тяги управляет крюками, захватывающими груз. При подъеме груза вилка захватывает кулачок и перемещается вместе с рамой в направлении силы F (т. е. вверх), при этом крюки захватывают груз, и все звенья автостропа остаются относительно неподвижными, пока не ослабнет канат (или трос, или цепь). При отсутствии силы F подъема груза вилка опускается и перемещается по пазу кулачка в положение, из которого подъем вилки приводит к ее разъединению с рамой, при этом рама некоторое время остается на поверхности груза, а крюки поворачиваются и освобождают груз. Автостроп после этого поднимается в разомкнутом состоянии, готовом для повторения цикла.

Автостроп имеет также третий вариант исполнения, в котором крюки связаны с рамой шарнирно, а с траверсой посредством тяг, а также двух звеньев, образующих поступательную пару. Рама автостропа в третьем варианте имеет два фиксированных положения относительно траверсы, задаваемых специальным электромагнитным стопором, который сблокирован с датчиком натяжения каната (или троса, или цепи) и приводом подъема. Перед захватом груза канат опускают, при этом выключается стопор, траверса опускается относительно рамы и поворачивает крюки. Далее срабатывает электромагнитный стопор и удерживает траверсу в новом положении. При последующем подъеме траверсы крюки поворачиваются и захватывают груз, при этом срабатывает стопор, положение груза фиксируется и осуществляется его подъем. Далее цикл повторяется: груз устанавливают на положенное место складирования на складе готовой продукции или на платформе железнодорожной (или в полувагоне ж/д), натяжение каната ослабевает, стопор выключается, траверса опускается относительно рамы и поворачивает крюки. Далее цикл при необходимости повторяется. В четвертом варианте автостропа траверсу подвешивают на поворотном валу промежуточного звена, на котором помещен электродвигатель с редуктором. В последнем варианте автостроп вращается при включении электродвигателя и редуктора. Автостропы всех перечисленных вариантов широко применяются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, в частности на складах готовой продукции, где осуществляются погрузо-разгрузочные работы, в том числе погрузка крупногабаритных грузов на грузовые автомобили, железнодорожные платформы (или полувагоны).

Амортизатор

Амортизатор (от фр. amortir – «ослаблять», «смягчать») – устройство для смягчения ударов и гашения колебаний. Амортизаторы широко применяются практически во всех видах транспорта: автомобильном, железнодорожном, авиационном. В автомобильном транспорте применяются самые разнообразные амортизаторы – от пружинных до гидравлических, причем их размеры и конструкции значительно различаются между собой: на легковые автомобили ставятся амортизаторы пружинные небольших размеров, а на грузовые – в зависимости от их грузоподъемности. На городских автобусах, где загрузки постоянно меняются, причем даже в течение рейса в часы пик, амортизаторы ставятся в одном узле с пневморессорами, что обеспечивает два эффекта:

  1) комфортность поездки пассажиров;

  2) смягчение от ударов на неровностях дороги, воспринимаемых корпусом автобуса.

В троллейбусах и трамваях также применяются соответствующие амортизаторы – пружинные и гидравлические. В железнодорожном транспорте используются амортизаторы разных видов – на грузовых вагонах, платформах, полувагонах, спецвагонах (думпкарах, бункерного типа и других), цистернах ставятся в основном пружинные амортизаторы, рассчитанные на эксплуатацию при разных температурных режимах в пределах от -75 до +60 °С. В пассажирских железнодорожных вагонах применяются пружинные амортизаторы двойные (внутри большого амортизатора-пружины ставится вторая пружина меньшего размера) подвагонные, а между вагонами устанавливаются гидравлические амортизаторы в сочетании с пружинными – так называемые тормозные стаканы. Такие комбинированные амортизаторы крепятся с двух сторон пассажирских вагонов для смягчения ударов при торможении поезда и при наборе скорости в пути. В вагонах метрополитенов также используются амортизаторы – подвагонные пружинные и межвагонные пружинно-гидравлические. Амортизаторы также широко применяются в авиации – гражданской и военной всех видов и типов. Например, в вертолетах применяются амортизаторы однокамерные и двухкамерные гидравлические.

Однокамерный амортизатор вертолета состоит из:

  1) цилиндра;

  2) штока;

  3) камеры с азотом.

Амортизатор имеет:

  1) полость с жидкостью;

  2) центральное отверстие;

  3) уплотнение во второй полости, установленное между цилиндром и штоком.

При ударах и колебаниях цилиндра (во время приземления вертолета) относительно штока жидкость перетекает из первой полости в камеру через центральное отверстие. При этом благодаря сжатию азота в камере гасятся удары. Сравнительно медленное перетекание жидкости приводит к поглощению энергии удара или колебаний.

Амортизатор вертолета в двухкамерном исполнении имеет расположенные последовательно один в другом:

  1) шток;

  2) второй шток;

  3) цилиндр.

Амортизатор состоит из:

  1) камеры низкого давления;

  2) полости с жидкостью;

  3) камеры высокого давления;

  4) второй полости с жидкостью;

  5) двух уплотнений, установленных между цилиндрами;

  6) специального клапана;

  7) центрального отверстия во втором штоке;

  8) иглы специальной конструкции;

  9) боковых отверстий в клапане и боковых отверстий во втором штоке.

Взаимодействие между камерой высокого давления и второй полостью с жидкостью происходит через специальный клапан. При посадке вертолета сначала сжимается азот в камере низкого давления, затем происходит перетекание жидкости из второй полости в камеру высокого давления, проходя между иглой и центральным отверстием во втором штоке, при этом отжимается специальный клапан (подпружиненный). Далее боковые отверстия в клапане при его отжатии оказываются расположенными напротив боковых отверстий второго штока. При снятии нагрузки жидкость под давлением сжатого азота в камере высокого давления перетекает обратно во вторую полость. В исходное положение цилиндр возвращается в замедленном режиме из-за перетекания жидкости через небольшие отверстия, при этом клапан закрыт и не пропускает жидкость во вторую полость. Азот в амортизатор в данном варианте подается через специальный канал. Между подвижными звеньями вертолетного амортизатора второго варианта для предотвращения их относительного проворота устанавливают шлиц-шарнир – два звена, соединенных шарнирно между собой и с перемещаемыми звеньями – двумя штоками.

Архимедов винт

Архимедов винт определяется чаще всего как архимедов червяк, применяемый в червячных передачах различных механизмов.

Архимедов винт.

Архимедов винт, или червяк, выполняется по принципу архимедовой спирали – траектории точки, равномерно движущейся по прямой, совершающей равномерное вращательное движение вокруг одной из своих точек.

Архимедова спираль, по которой изготавливается червяк, может быть представлена как частный случай удлиненной эвольвенты окружности.

По архимедовой спирали получается профиль витка в торцовом сечении одного из многих видов червяка червячной передачи, которая применяется в приводах различных механизмов с редким и кратковременным включением.

Червячная передача представляет собой механизм для передачи вращения между валами со скрещивающимися осями посредством червяка (т. е. архимедова винта) и сопряженного с ним червячного колеса. Цилиндрический архимедов винт (или цилиндрический червяк) отличается от других видов, в частности от эвольвентного, прямолинейным профилем в осевом сечении.

Архимедов винт или червяк используется в червячных передачах в тех случаях, когда требуется значительное понижение угловой скорости при механической обработке заготовок или деталей на токарно-винторезных станках специального назначения.

Баба

Баба – так определяется тяжелая металлическая болванка цилиндрической формы, являющаяся важной составной частью сваезабивочного механизма, используемого в строительстве для забивки свай под фундамент какого-либо сооружения (жилого дома или производственного здания и др.).

В указанном механизме крепление бабы производится по-разному:

  1) на тросах с цепями, к которым прикреплена баба (т. е. тяжелая металлическая болванка);

  2) на направляющих сваезабивочного механизма.

В первом варианте баба поднимается механической лебедкой на определенную высоту, а затем трос с цепью (на которой подвешена баба) стравливается, т. е. осуществляется свободное падение бабы с высоты на верхнюю часть сваи, забиваемой обычно в рыхлый грунт (например, в песчаный с опокой). После удара бабы по свае ее поднимают и снова бросают вниз, стравливая трос с цепью. Во втором случае баба совершает поступательно-возвратное движение по направляющим сваезабивочного механизма, при этом производит удары по свае. Движение бабы обеспечивается работой электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. В первой половине ХХ в. на стройках Советского Союза применялись сваезабивочные механизмы, работающие на двигателях внутреннего сгорания (дизельных) и с цепным креплением бабы-болванки к лебедке. Во второй половине ХХ в. в строительстве стали применяться сваезабивочные механизмы с бензиновым двигателем и креплением бабы к направляющим, по которым болванка совершала поступательно-возвратное движение в процессе забивания сваи в грунт.

Байонет

Байонет (от фр. baionnette – «штык») – соединение охватываемой детали с выступом, входящим в паз охватывающей детали. Такое соединение осуществляется путем осевого перемещения и относительного поворота соединяемых деталей. Байонет использован в качестве замка, соединяющего детали. Первая деталь имеет паз, взаимодействующий с выступом детали. После сборки детали разжимаются пружиной, и в результате этого действия выступ стопорится в пазу. Еще байонет может быть использован в качестве зажима. Заготовка прижимается к стойке специальной деталью, перемещаемой в неподвижной охватываемой конструкции. Паз имеет осевой и винтовой участки. Последний обеспечивает зажим деталей с большим осевым усилием:

Fx = Ft / [tg(γρ)],

где Ft – окружное усилие, приведенное к выступу; γ (гамма) – угол винтовой линии; ρ (ро) – угол трения.

Для исключения самопроизвольного отжатия байонета выполняют условие самоторможения – γ < ρ.

Балансир

Балансир (фр. balancier – «качать», «уравновешивать») – двуплечий (редко одноплечий) рычаг для передачи усилий в машинах, совершающий качательные движения около оси его опоры. Классическим примером балансира является балансирная подвеска в автомобильной и тракторной технике, представляющая собой устройство, связывающее два моста автомобиля или колесного трактора с рамой и обеспечивающее их зависимое качание относительно рамы. Балансир в данном случае представляет собой два симметрично расположенных моста по разные стороны машины (или колесного трактора). На мостах устанавливаются колеса, кроме того, каждый мост с помощью коромысел шарнирно соединен с рамой машины или трактора (колесного). Коромысла в первом приближении и являются плечами балансира – при качании машины или трактора они обеспечивают мостам возможность перемещаться вертикально относительно рамы (т. е. балансировать).

Другой пример балансира – очень простое устройство – балансировочная головка с самоустанавливающимися грузами, которая устанавливается в специальном балансировочном станке.

Бегуны или бегунки применяются в различных механизмах и станках, имеют весьма простое устройство, крепятся жестко к осям и валам (в большинстве случаев) или перемещаются по осям и валам, имеющим специальные направляющие. В последнем случае бегуны или бегунки крепятся к тросикам и фиксируются на них – при наматывании тросика на барабан лебедки бегуны или бегунки совершают поступательновозвратное перемещение, выполняя при этом определенную работу, например по съему готовой детали с конвейера станка-автомата. Бегуны также применяются для обмятия цемента при его разгрузке. Такие бегуны представляют собой стальные диски толщиной 30—40 мм и диаметром 150—160 мм, установленные на эксцентриковых осях, шарнирно соединенных с валом, который выполнен в виде трубы. Вал приводится во вращательное движение от другого, цельнометаллического ведущего вала через коническую передачу. Бегуны, приводимые в движение эксцентриковыми осями, перемещаются по слою цемента, при этом они самоустанавливаются в зависимости от высоты слоя цемента. Для выгрузки цемента рядом с бегуном установлен скребок, поднимающийся или опускающийся с помощью ползуна. Движение от ползуна передается через первый рычаг, тягу, второй рычаг и шатун, расположенный рядом с бегуном. Второй рычаг в этом механизме шарнирно соединен с кронштейном. Таким образом, бегуны совершают так называемое планетарное движение в указанном механизме для разгрузки цемента.

Бесступенчатая передача – это такой вид передачи в каком-либо станке или механизме, когда движение от двигателя (электрического или внутреннего сгорания – бензинового) передается не через коробку передач, а непосредственно от оси двигателя к исполнительному механизму, например валу токарного станка. В этом случае применяются двигатели так называемого реверсивного типа (т. е. имеют устройство, варьирующее скорость вращения оси двигателя – от медленного до быстрого, по необходимости, предусмотренной технологическими нормативами выполнения какой-либо производственной операции).

Блок

Блок (от англ. block, нем. Block, фр. bloc) – колесо с желобом по окружности для цепи, троса, канаты или капронового прочного шнура – широко применяется в подъемных механизмах всех видов: лебедках, полиспастах, талях, подъемниках, кранах малогабаритных типа «Пионер», кран-балках, кранах: башенных (в том числе типа 30 АХЛ), козловых, мостовых.

Соответственно виду и типу подъемного механизма блоки в виде колеса с желобом по окружности имеют разные размеры: толщины от 20 до 60—80 мм и более и диаметры от 100 до 300 мм и более, при этом радиусы желоба также различаются – от 10 до 30—60 мм.

Блоки выполняются чаще всего из специальных сплавов – устойчивых к перепадам температур от -50 до +70 °С, а также обладающих хорошей износостойкостью и прочностью.

Болт

Болт (от нем. Bolt (e) – «крепежная деталь») – крепежная деталь в виде металлического стального стержня с головкой (четырех-, шестигранной или полукруглой) и резьбой, на которую навинчивают крепежную чайку. Болты имеют резьбу полную или частичную с учетом толщины соединяемых деталей.

Болты подразделяются на:

  1) мебельные (с полукруглой головкой) для соединения крупных мебельных конструкций;

  2) железнодорожные специальные для крепления рельс, шпал, стрелочных переводов;

  3) высокопрочные специальные из нержавеющей стали (в том числе марки 40 Х, 45 Х, 35 Х и других) для крепления карданных валов к редукторам (автомобилей, троллейбусов, трамваев, вагонов метрополитена, пассажирских вагонов, вагонов-ресторанов, тракторов, танков и различной спецтехники).

Болты, изготовленные из таких марок стали как 10, 20, 25, 35, 30 ХМА, применяются во фланцевых соединениях при прокладке различных трубопроводных систем – магистральных (трубы большого диаметра и болты под фланцы также используются больших диаметров – от 20 до 40 мм и более – по заказам потребителей) и внутри городских, внутриквартальных (болты в этих системах используются диаметром от 10 до 24 мм и более). Кроме того, в строительных работах часто применяются специальные анкерные болты, изготавливаемые строго по заказам потребителей. Болты с полукруглой головкой широко применяются при изготовлении:

  1) железнодорожных грузовых вагонов, у которых стенки обшиваются досками;

  2) деревянных кузовов грузовых автомобилей, полуприцепов, прицепов тракторных и автомобильных и др.

В целом, болты – самая распространенная в различных болтовых соединений крепежная деталь, применяющаяся во многих механизмах, машинах и различном оборудовании – от простого до самого сложного.

Борштанга

Борштанга – приспособление, часто применяемое при различных работах на токарно-винторезных станках, в частности вращающиеся борштанги используют для растачивания заготовок крупных размеров и сложной формы, которые трудно закрепить на планшайбе универсального токарно-винторезного станка. На таких борштангах (они похожи на бытовые скалки) устанавливаются резцы, а заготовка крепится на суппорте станка. В данном варианте первая борштанга с черновым и фасочным резцом устанавливается в корпусе вращающегося центра на месте центра задней бабки станка, а вторая, регулируемая борштанга, фиксируется в шпинделе передней бабки (этого же станка). Во второй борштанге закреплен чистовой резец (приходной или расточной) посредством специальной державки (эта державка монтируется в корпусе второй борштанги на оси). После установки и закрепления заготовки на суппорте токарного станка включают пневматический цилиндр задней бабки, и первая борштанга конусным отверстием плотно заходит на конус второй борштанги, соединяя их в одно целое. В целом две борштанги представляют собой комбинированную борштангу, которая отличается высокой надежностью в работе.

Вал

Вал (деталь машины) – металлический стержень, установленный в опорах так, что может вращаться, предназначенный для передачи вращающего момента между деталями, закрепленными на нем. Передача вращающего момента – главная особенность вала, отличающая его от оси – металлического стержня цилиндрической формы (т. е. детали аналогичной конструкции). Вал, как и ось, передает на опоры, в которых он закрепляется, радиальные и осевые силы. Вал в зависимости от конструкции называется:

  1) кривошипным – с одним или двумя кривошипами;

  2) коленчатым – с одним или несколькими коленами;

  3) кулачковым – с утолщенной частью в виде кулачка различной формы;

  4) эксцентриковым – подобен кулачковому, только кулачок выполнен в виде эксцентрика;

  5) телескопическим – составленным из подвижных в осевом направлении деталей.

Вал может быть сплошным или полым, со шлицами, с фланцем на конце и другими элементами. Особую разновидность представляют гибкий вал и карданный вал, которые позволяют передавать вращающий момент между несоосными и установленными с перекосом деталями. (Примечание: вращающийся момент – мера внешнего силового воздействия на вращающееся тело, изменяющего угловую скорость, обозначают буквой Т и измеряют в Нм.)

Вал отбора мощности – металлический цилиндрической формы (преимущественно) стержень, служащий для передачи вращения от какого-либо двигателя (электрического, бензинового, дизельного и др.) исполнительному механизму, при этом происходит отбор мощности, создаваемой двигателем. Вал отбора мощности может иметь прямое соединение с исполнительным механизмом, например, при наличии бесступенчатой передачи – от реверсивного электродвигателя к шпинделю токарно-винторезного станка. В другом варианте вал отбора мощности имеет выход (т. е. соединение) на редуктор с шестереночно-зубчатой передачей, от которого через другой вал вращение передается исполнительному механизму (например, во многих моделях токарных станков старого образца, выпущенных советскими предприятиями в 70—80-х гг. ХХ в.) в виде шпинделя и винтового вала подачи суппорта. В автомобилях, тракторах всех видов и типов также имеется вал отбора мощности, соединенный с двигателем внутреннего сгорания. В этом случае вал отбора мощности соединяется с редуктором, от которого через другой вал (карданный) вращение передается на мост (или мосты – передний или задний), обеспечивающий вращение колес и поступательное движение автомобиля (или трактора и т. д.). Вал отбора мощности имеется также в тепловозах (всех типов и видов), электровозах, железнодорожных мотодрезинах, электричках, в составах метрополитена. Соответственно мощности двигателей (электрических и внутреннего сгорания) вал отбора мощности имеет исполнение с учетом всех особенностей объекта применения. Но главное требование к валу отбора мощности – прочность, способность выдержать определенные силовые нагрузки (особенно силу крутящего момента), а также температурные перепады в климатических условиях России. Поэтому вал отбора мощности изготавливается из специальных высококачественных сплавов и при этом проходит предварительное испытание на вибростендах, помещенных в особые камеры, где температурный режим меняется от -70 до +60 °С (т. е. вал отбора мощности испытывают в условиях, приближенных к условиям эксплуатации).

Вальцы

Вальцы – полые металлические цилиндры с гладкой поверхностью, широко применяются в резинотехнической промышленности и в производстве пленок из полиэтилена, полистирола и других пластических масс. Формирование указанных пленок осуществляют путем непрерывного выдавливания пластической массы через щель экструдера на вальцы. После вальцов пленка через ролики идет на приемное устройство, где осуществляется намотка на специальную бобину. Применение вальцов позволяет получать полиэтиленовую пленку толщиной от 50 до 200 мм (аналогично получают пленку и из других пластических масс). В резинотехнической промышленности для придания будущему изделию из каучука (или резиновой сырой смеси) определенной формы и приготовления смеси для формования и последующей вулканизации производят пластификацию каучука путем разминания его на теплых гладких вальцах. Зазор между вальцами устанавливается в соответствии с требованиями технологического процесса по каждому виду резинотехнических изделий.

Ванкеля двигатель

Ванкеля двигатель – роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, был изобретен в 1957 г. немецким конструктором Ф. Ванкелем (ФРГ). Ротор такого двигателя размещен внутри цилиндра, профиль которого выполнен по эпитрохоиде. (Примечание: эпитрохоида – от греч. epi – «на», «над» + trochoeides – «кругообразный» – кривая, описываемая точкой, жестко связанной с окружностью, которая катится по наружной стороне другой окружности.) При этом ротор двигателя установлен так, что он может вращаться на эксцентриковом валу, и соединен жестко с зубчатым колесом. В свою очередь это колесо взаимодействует с другим колесом – неподвижным. Во время работы двигателя Ванкеля ротор с первым колесом обкатывается по второму колесу – неподвижному, при этом его грани скользят по поверхности цилиндра, отсекая переменные объемы камер. Впуск рабочей смеси (бензиновой) осуществляется по специальному каналу, воспламенение смеси осуществляется от свечи зажигания, а выпуск обработанных газов происходит через другой канал. В двигателе Ванкеля обычно применяется трехгранный ротор, а отношение чисел зубьев колес подвижного (первого) и неподвижного (второго) подбирают в соотношении 3/2.

Вариатор

Вариатор – механизм для бесступенчатого регулирования передаточного отношения. Чаще всего в качестве вариатора используют фрикционный механизм, в котором в процессе регулирования изменяют радиусы взаимодействующих поверхностей тел. Вариатор выполняют в виде двух взаимодействующих тел вращения, одно из которых перемещают относительно другого. При этом касание тел может быть внешним или внутренним. В качестве рабочих поверхностей используют конусы, цилиндр и плоскость, сферу и конус, торговые поверхности и др. При регулировании вариатора меняют относительное положение взаимодействующих тел. В некоторых вариантах вариатор выполняют также с промежуточным звеном. Обычно это ролик, кольцо или двухвенцовое колесо, при этом входное и выходное звенья в процессе регулировки сохраняют свое положение, а перемещают только промежуточное звено. Кроме того, промежуточное звено используют в сочетании с основными звеньями различной геометрической формы с внешним и внутренним касанием. От этого сочетания зависят знак и величина передаточного отношения. Вариаторы выполняются также в следующих вариантах:

  1) входное и выходное звенья данного механизма вращаются в одну сторону;

  2) входное и выходное звенья механизма вращаются в разные стороны;

  3) оси конусов механизма расположены под прямым углом, а промежуточное звено выполнено в виде диска с рабочим буртиком;

  4) промежуточное звено механизма гибкое.

По перечисленным выше вариантам диапазон регулирования вариатора обычно составляет 3—6, а коэффициент полезного действия – в пределах от 0,85 до 0,95. В различных технических системах применяются такие вариаторы, как: волновой фрикционный; торовый; клиноременный; многодисковый; планетарный фрикционный.

  I. Волновой фрикционный вариатор представляет собой волновую фрикционную передачу с передаточным отношением, регулируемым путем изменения разности длин дорожек взаимодействия гибкого и жесткого звеньев.

Данный вариатор выполняется и применяется в различных механизмах нескольких видов:

  1) вариатор, в котором регулирование передачи осуществляют осевым перемещением гибкого конусного колеса относительно специального устройства – генератора волн и жесткого колеса;

  2) вариатор, имеющий в своей конструкции гибкое конусное колесо, ролик генератора волн, ориентирующий образующую поверхность гибкого колеса параллельно оси вариатора; жесткое колесо, соединенное со специальной стойкой поступательной парой; при этом варианте перемещают в осевом направлении только жесткое колесо;

  3) вариатор имеет гибкое и жесткое колесо, выполненные в виде дисков; два ролика генератора волн, поджимающие гибкое колесо к жесткому. При радиальном перемещении роликов в таком вариаторе изменяется передаточное отношение механизма.

Данный вид вариатора в своей конструкции содержит такие элементы, как:

  1) жесткое колесо в виде конуса с внутренней рабочей поверхностью;

  2) конусное гибкое колесо, установленное между конусом генератора волн и жестким колесом;

  3) шары, поджимающие гибкое колесо к жесткому, при этом шары перемещают вдоль образующей конуса генератора волн, в результате чего происходит взаимодействие участков жесткого и гибкого звеньев, но с разной длиной дорожек взаимодействия.

Кроме того, изменяется соотношение диаметров дорожек качения шаров, и соответственно изменяется угловая скорость генератора волн при его ведущем конусе. В некоторых случаях ведущим звеном делают генератор волн, но при этом его конус фиксируется в осевом направлении и свободно вращается.

У вариатора имеются:

  1) гибкое колесо;

  2) жесткое колесо;

  3) гибкое звено в виде клинового ремня;

  4) два жестких звена в виде раздвижных шкивов;

  5) звено, расположенное на генераторе волн и перемещаемое в радиальном направлении; оно же поджимает гибкое колесо к жесткому.

В процессе работы такого вариатора конусы шкивов раздвигаются тем больше, чем дальше от оси вращения перемещают звено, расположенное на генераторе волн, и соответственно изменяются длины дорожек взаимодействия остальных звеньев вариатора.

  II. Клиноременный вариатор – передаточный механизм, содержащий клиновой ремень, взаимодействующий со шкивами и обеспечивающий бесступенчатое регулирование передаточного отношения путем изменения радиусов огибания шкивов ремнем. Такой вариатор имеет шесть вариантов исполнения.

  III. Торовый вариатор представляет собой соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий соосные звенья с торовыми рабочими поверхностями. С помощью торового вариатора получают диапазон регулирования передаточного отношения 0,4—2,5 (при максимальном коэффициенте полезного действия от 0,92 до 0,96).

  IV. Планетарный фрикционный вариатор – соосный фрикционный механизм, служащий для регулирования передаточного отношения и содержащий звенья с перемещаемыми в процессе работы осями вращения. Планетарный фрикционный вариатор выполняют по любой известной схеме планетарных механизмов. В подобных механизмах задают форму звеньев (обычно сателлитов), которая позволяла бы менять соотношение радиусов взаимодействующих поверхностей. В различных механических системах используется три вида планетарно-фрикционных вариаторов, в том числе вариатор советского конструктора Е. И. Пирожкова, представляющий собой симметричное параллельное соединение двух механизмов типа 3К, в которых все пары контактирующих звеньев выполнены фрикционными.

Вертлюг

Вертлюг – простейшее по своей конструкции устройство, соединяющее две детали и позволяющее каждой из них независимо от другой вращаться вокруг своей оси. Вертлюг практически повсеместно применяется в установках нефтедобывающей промышленности России.

Вибратор

Вибратор (от лат. vibratio – «колебание») – механизм небольших размеров с вибрирующим эксцентриком. Эксцентрик приводится в колебательное движение или сжатым воздухом, или небольшим электродвигателем; соответственно различаются вибраторы пневматические и электрические. Вибраторы указанных видов широко применяются в строительстве (гражданском, промышленном, дорожном, военном) для уплотнения бетонного раствора, заливаемого в металлические каркасы или в специальные шурфы при установке в них каких-либо опор (или столбов, или стоек разного вида).

Вибраторы подразделяются также на глубинные и площадочные. Вибраторы глубинные имеют: корпус с ручкой, внутри корпуса находится эксцентрик с электрическим двигателем или пневматическим устройством, в которое подается сжатый воздух от компрессора; булаву (которая помещается в бетонный раствор). Вибратор площадочный представляет собой двигатель с эксцентриком, прикрепленный к площадке небольших размеров; предназначен для уплотнения бетонной или формовочной смеси.

Вибрационная машина (вибромашина) – машина, рабочему звену которой сообщается колебательное движение, необходимое для осуществления или интенсификации какого-либо выполняемого процесса или для улучшения качества выполняемой работы. Вибрационная машина имеет в своей конструкции электродвигатель, соединенный валом с вибровозбудителем (вибровозбудитель – устройство, предназначенное для возбуждения механических колебаний; возбуждающая сила в таком устройстве вызывается колебательным или вращательным движением инерционного элемента, выполненного в виде дебаланса или эксцентрика). Наиболее распространены вибрационные машины с вибровозбудителями, в которых установлен дебаланс, такое устройство позволяет получать механические колебания с различными параметрами (частотами, амплитудами, законами измерения возмущающей силы). На базе вибрационных машин выполняют различной модификации испытательные вибростенды для испытания различного оборудования и техники, работающих в условиях вибрации.

Кроме того, вибрационные машины используются при выполнении виброплощадок, на которые устанавливают формы с бетонной смесью, подготовленные под различные железобетонные изделия или конструкции. Такие площадки с вибрационными машинами установлены практически на всех заводах ЖБИ и строительных комбинатах панельного домостроения.

Винт

Винт – металлический стержень преимущественно с резьбой, но в ряде случаев винты изготавливают из прочной пластмассы на специальных штампах. Такие винты используются для соединения небольших деталей деревянных или пластмассовых. Винты металлические подразделяются на:

  1) крепежные – в винтовых соединениях (разъемных) деталей, при этом винт ввинчивается в резьбу в теле одной из деталей;

  2) инструментальные – так называемые микрометрические винты, применяемые в микрометрических измерительных приборах (например, в микрометрах гладких);

  3) станочные, устанавливаемые в винтовых парах (например, в токарновинторезных станках винтовые пары служат для сообщения зависимых движений инструменту, закрепленному на суппорте станка).

Крепежные винты широко применяются:

  1) в различных электротехнических приборах для крепления контактов и составных элементов приборов;

  2) в мебельном производстве – для соединений в корпусной мебели;

  3) в автомобилях и тракторах разных видов и типов;

  4) в авиационной и ракетно-космической технике;

  5) в пассажирских железнодорожных вагонах для крепления легких деталей (например, оконных рам).

Крепежные винты изготавливают нескольких видов:

  1) с потайной головкой;

  2) с полукруглой головкой;

  3) с квадратной головкой;

  4) с треугольной головкой;

  5) анодированные (т. е. с покрытием специальным антикоррозийным составом);

  6) нержавеющие;

  7) латунные и др.

Винтовой конвейер

Винтовой конвейер – механизм подачи каких-либо изделий небольших размеров в массовом промышленном производстве – от начала обработки (или сборки) до получения готового изделия. Такое производство называется часто поточным. Перемещение по винтовому конвейеру осуществляется при медленном вращении винтового вала, по которому перемещается транспортируемый материал. Скорость перемещения изделий по винтовому конвейеру устанавливается с учетом особенностей какого-либо технологического процесса или технологического цикла.

Винтовые конвейеры применяются чаще всего в автоматизированных системах различных промышленных производств (т. е. в машиностроительных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России).

Вкладыш

Вкладыш – сменная деталь подшипника скольжения, на которую опирается цапфа вала или оси какого-либо механизма. Например, в опорах шпинделей металлорежущих станков применяются вкладыши в подшипниках скольжения с конической наружной поверхностью, при этом зазор между валами и вкладышем регулируется осевым перемещением втулки в корпусе. Такой вкладыш имеет несколько надрезов и одну прорезь вдоль образующих, причем при затягивании крепежных гаек вкладыш сжимается. В данном случае подшипник скольжения имеет небольшой недостаток в виде искажения внутренней поверхности вкладыша при выполнении регулирования. В новейших конструкциях подшипников указанный недостаток ослаблен тем, что грани прорези вкладыша наклонные, а в прорезь вставляются два болта с клиновидными головками, которые при регулировании распирают вкладыш, плотно прижимая его к конической поверхности втулки. Благодаря этому внутренняя поверхность вкладыша принимает более правильную форму. В тех случаях, когда шпиндель станка имеет коническую переднюю шейку, зазор в опоре регулируется осевым перемещением шпинделя или вкладыша. Вкладыши изготавливаются из разных материалов в зависимости от области применения:

  1) из специальной стали;

  2) из чугуна особой марки;

  3) из латуни;

  4) из высокопрочной пластмассы (в частности, из капролона или фторопласта, или винипласта) и др.

Вкладыши применяются также в радиальных подшипниках жидкостного трения паровой турбины, при этом стальные или чугунные вкладыши заливают баббитом и одновременно стягивают специальными болтами.

Водоподъемная машина

Водоподъемная машина – механизм, предназначенный для подъема воды с определенной глубины. Первые водоподъемные машины появились более 2000 лет назад в Китае, Индии, Египте и других странах с развитым поливным земледелием. Такие машины имели примитивное устройство и приводились в движение тягловым скотом – верблюдами, буйволами, лошадьми (не породистыми) и др. Водоподъемные машины в те далекие времена применялись чаще всего в оазисах, в пустынных районах. Устройство указанных машин было несложным: размещались они обычно в колодцах, у которых вверху устанавливался в горизонтальном положении ворот – верхняя часть водоподъемной машины, к крестовинам ворота запрягался тягловый скот – буйволы, верблюды, лошади и др. При вращении ворота машины производился подъем воды в кожаных ведрах. В странах Западной Европы водоподъемные машины приводились в движение ветряками или тягловым скотом (в Средние века). В XIX в. водоподъемные машины приводились в действие с помощью бензиновых или дизельных двигателей, а в ХХ в. стали использоваться электродвигатели. В настоящее время в России во многих южных регионах применяется самоходная водоподъемная машина марки УОВ-1А, имеющая двигатель СМД-14 мощностью 55 кВт (75 л. с.), насос самовсасывающий С-245 производительностью 200 м3/ч. Данная машина смонтирована на базе трактора Т-74-С3. В других водоподъемных машинах применяются насосы центробежные марок: С-245; С-665; С-666; С-774; С-798 и двигатели соответственно насосам следующих марок: Т-62; УД-2; АО-52-2; Д-300 и АО42-2. В Советском Союзе перечисленные выше водоподъемные машины широко применялись в пустынных районах Средней Азии и Казахстана.

Водоподъемное колесо

Водоподъемное колесо – простейшая конструкция для подъема воды из рек, больших ручьев, арыков в виде большого деревянного колеса, по окружности которого закреплены деревянные черпаки, обитые кожей (сыромятной) или войлоком. Такие водоподъемные колеса появились на реках более двух тысяч лет назад в земледельческих районах Китая, Индии, Юго-Западной и Средней Азии, Северной Африки, Южной Европы. Об этом свидетельствуют рисунки и записи в исторических летописях и описаниях путешественников. Водоподъемные колеса в некоторых южных регионах России действуют и в настоящее время, используются для подъема воды из рек на возвышенные (относительно) берега для полива огородов и садов в частном секторе, земледельческих хозяйствах. Черпаки на водоподъемном колесе располагаются против течения реки (или большого ручья или арыка). При вращении колеса под воздействием течения реки вода набирается в черпаки и поднимается вверх, а при опускании выливается из черпаков в деревянный желоб, по которому вода поступает в поливные канавы и борозды. Водоподъемные колеса обычно устраивают в беднейших хозяйствах, не имеющих финансовых возможностей для оплаты постоянно дорожающих горюче-смазочных материалов и электроэнергии, а также из-за значительного диспаритета цен на сельскохозяйственную продукцию и энергоносители, оборудование насосных станций.

Волновая передача

Волновая передача – механизм, в составе которого имеется генератор волн, обеспечивающий передачу и преобразование движения из вращательного в поступательное. В механизмах различного назначения применяется два вида волновой передачи: первый – волновая зубчатая передача и второй – волновая фрикционная передача.

1. Волновая зубчатая передача представляет собой механизм, содержащий зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса и обеспечивающий передачу и преобразование движения благодаря деформированию гибкого колеса. Такая передача может быть представлена как конструктивная разновидность планетарной передачи с внутренним зацеплением, характерной особенностью которой является использование сателлита, деформируемого в процессе передачи движения. Волновая зубчатая передача имеет несколько разновидностей, но в каждой из них имеется генератор волн (его называют также волнообразователем). Генератор волн, устанавливаемый в волновой зубчатой передаче, выполняется в механизмах в нескольких вариантах:

  1) тонкостенной гибкой оболочки, при этом гибкость оболочки позволяет обеспечивать передачу движения с сателлита этого механизма на ведомый вал;

  2) водила с двумя роликами;

  3) симметричного кулачка специального профиля, на который надевают соответствующий гибкий подшипник;

  4) дисков вместо роликов, при расположении их в параллельных плоскостях.

Независимо от конструкции генератора волн в волновой зубчатой передаче гибкое колесо при его нагружении изменяет свою начальную форму. Это происходит из-за наличия зазоров и упругости элементов механизма, взаимодействующих с гибким колесом. В оптимальном варианте волновая зубчатая передача характеризуется малыми габаритами и массой при одинаковой несуществующей способности, причем при передаточных отношениях 100—400 коэффициент полезного действия достигает 0,8—0,9; кроме того, при определенных параметрах данный механизм может работать в режиме мультипликатора. (Примечание: мультипликатор – повышающая передача, включающая в себя систему взаимодействующих колес, заключенных в единый корпус.)

  2. Волновая фрикционная передача – механизм, содержащий фрикционную пару в виде контактирующих между собой гибкого и жесткого звеньев и обеспечивающий передачу и преобразование движения путем деформирования гибкого звена. Волновая передача данного вида содержит:

  1) генератор волн (или волнообразователь);

  2) гибкое колесо;

  3) жесткое колесо.

Гибкое колесо контактирует с жестким колесом обычно в двух противоположных зонах указанного механизма. Прижимаются колеса друг к другу в процессе работы в этих зонах генератором волн, причем при его вращении зоны перемещаются относительно жесткого колеса. Волновая фрикционная передача выполняется еще в двух вариантах:

  1) в первом гибкое звено имеет две дорожки, взаимодействующие соответственно с двумя жесткими колесами;

  2) во втором гибкое колесо выполнено в виде диска, а генератор волн – в виде цилиндрического кулачка, выступы которого прижимают гибкое колесо к жесткому.

За каждый оборот генератора волн гибкое колесо поворачивается относительно жесткого колеса на угол, соответствующий разности длин дорожек и относительному скольжению звеньев. Волновые передачи обоих видов широко применяются в различных станках, механических системах машин и оборудования промышленных предприятий и прежде всего в машиностроительных производствах.

Ворот

Ворот – простейший механизм, предназначенный для подъема небольших грузов вручную с небольшой глубины или на небольшую высоту. Ворот применялся для различных целей с глубокой древности и представлял собой бревно цилиндрической формы, опиравшееся на две опоры, при этом с одной стороны или с обеих сторон устраивались ручки Г-образной формы, при вращении которых вращалось бревно с закрепленной на нем цепью или прочной веревкой с крюком на конце; к крюку крепился какой-либо груз. Такой ворот устанавливался обычно на колодцах и служил для подъема воды вручную ведрами с глубины. Ворот применялся в древности также при разработке угля или руд на небольших глубинах с устройством вертикальных стволов (по типу колодцев). Аналогично добывали нефть при ее неглубоком залегании первые нефтедобытчики, использовавшие при этом кожаные ведра и ворот. Ворот также широко применялся при строительстве различных сооружений: домов, теремов, замков феодалов, церквей, храмов для подъема строительных материалов вручную на определенную высоту. По принципу действия ворота выполняется такой инструмент как коловорот, применяемый весьма широко при столярных и плотницких работах для сверления неглубоких и небольших по диаметру отверстий в деревянных деталях и конструкциях.

Втулка

Втулка – цилиндрической (преимущественно) формы изделие, выполненное из различных марок стали, чугуна, сплавов и пластмасс высокой прочности; широко применяется в различных механизмах и приборах. Например, в приборе Роквелла устанавливается специальная направляющая втулка, в которой находится шпиндель, перемещающийся в ней при выполнении испытаний образцов (металлических или неметаллических) на твердость (по способу Роквелла). Втулки изготавливаются:

  1) цельными или разрезными;

  2) с небольшими отверстиями (с резьбой) под крепежные винты или болты;

  3) с пазами под шпонки и др.

Втулки широко применяются:

  1) в головках шатуна поршня прямоточного компрессора;

  2) в головке шатуна трактора;

  3) в поворотном кулаке передней оси трактора;

  4) в шарнирных соединениях механизмов тепловозов и электровозов;

  5) при установке подшипников на гладких валах (без заплечников) многоопорных (так называемые закрепительные втулки);

  6) при установке подшипников в концевых опорах валов или осей (используются закрепительно-стяжные втулки;

  7) при установке радиальных шариковых сферических двухрядных подшипников средней серии на закрепительной втулке и др.

Из приведенного перечня видно, что применяются втулки весьма широко и причем в очень ответственных узлах различных механизмов и машин. В некоторых случаях неразрезная втулка (из бронзы или антифрикционного чугуна) запрессовывается в корпус радиального подшипника или закрепляется в нем стопорным винтом или штифтом. Втулки изготавливаются также и с конической поверхностью в случае установки ее на конические концы валов или осей. Для малонагруженных механизмов по заказам потребителей втулки изготавливаются из специальных графитовых материалов с пропиткой свинцом, баббитом, кадмием и др.

Гайка

Гайка – крепежная металлическая (преимущественно) деталь, применяемая в резьбовых соединениях или винтовых передачах, имеющая отверстие с резьбой. Гайки подразделяются на:

  1) обычные с шестигранной или четырехгранной внешней поверхностью;

  2) корончатые, специальные (у таких гаек верх разрезной, напоминает корону властителей);

  3) специальной конструкции для токарно-винторезных станков и различного оборудования, машин.

Гайки широко применяются во фланцевых соединениях запорной арматуры (вентилей, задвижек, клапанов и др.) на всех типах трубопроводов – магистральных, городских, внутриквартальных (в том числе на газонефтепроводах). Гайки изготавливаются из стали марок: 10, 20, 25, 35, 35 Х, 30 ХМА и 35 ХМА (сталь подбирается в зависимости от рабочего давления и температуры среды, перекачиваемой по трубопроводам). Высота гаек обязательно учитывается при монтаже фланцевых соединений, например при рабочем давлении в трубопроводе более 4 МПа применяют гайки высотой, равной диаметру болта, т. е. если болт крепежный имеет диаметр в 24 мм, то высота гайки должна быть равной 24 мм. Гайки также широко применяются при креплении колес к оси грузовых машин, тракторов, троллейбусов и легковых автомобилей. Размеры гаек обозначаются так: М 10 (10 – диаметр в мм), М 12, М 14 и т. д. Гайки применяются и в постоянных соединительных муфтах, в частности в шарнирных асинхронных крупногабаритных муфтах, устанавливаемых в трансмиссии автомобилей.

Гибкий вал

Гибкий вал – вал, обладающий малой жесткостью на изгиб и большой жесткостью на кручение, предназначенный для обеспечения передачи вращения между звеньями с изменяемым положением осей вращения. Чаще всего гибкий вал применяют в приводе ручных машин. Такой вал состоит из свитой в несколько слоев проволоки, заключенной в гибкую защитную оболочку – броню. Оболочка или броня выполняется невращающейся и прикреплена к корпусу привода с одной стороны и корпусу исполнительного устройства с другой стороны. Свитая проволока (т. е. гибкий вал) соединяет вал привода и вал исполнительного устройства. Гибкие валы подразделяются на валы правого вращения – у него проволоки наружного слоя навиты в левую сторону, и левого вращения – проволоки навиты в правую сторону. Данные валы изготавливаются трех типов: В1 (диаметры от 6 до 30 мм, а диаметры сердечников от 0,7 до 2,5 мм), В2 (диаметры от 3 до 8,2 мм, сердечников – от 0,33 до 0,5 мм) и В2-А (диаметры от 3,3 до 5,3 мм, сердечника – 0,5 мм). (Примечание: после навивки валов диаметром от 10 до 30 мм сердечник извлекается, согласно требованиям технологии и стандарта или технического регламента.) Валы типа В1 применяются для силовых приводов, т. е. для передачи сравнительно больших крутящих моментов, валы типа В2 – для несиловых приводов систем управления и контроля, например для приводов автомобильных приборов. Для изготовления гибких валов В1 и В2 применяется проволока пружинная классов П и В. Гибкий проволочный вал работает в гибкой броне (т. е. гибкой оболочке). Броня подбирается в соответствии с требованиями эксплуатации и должна быть:

  1) податливой при изгибе вала в пределах допускаемой кривизны;

  2) прочной и выдерживать перегрузки при изгибе вала сверх нормы;

  3) герметичной во избежание загрязнения вала и просачивания смазки.

Нормальная броня Б1 представляет собой рукав, свернутый из стальной профилированной ленты, образующей своеобразный замок, в котором для уплотнения соединения прокладывается асбестовый или хлопчатобумажный шнур. Более прочная и более износостойкая усиленная броня Б2 имеет дополнительно внутреннюю спираль из стальной ленты овального поперечного сечения или спираль из сплющенной проволоки. В некоторых случаях броня покрывается оплеткой из тонкой оцинкованной стальной проволоки. При повышенных требованиях потребителей к герметичности брони оплетка покрывается слоем вулканизированной резины с кордными прослойками. В автомобильной промышленности принята двухпроволочная броня. Размеры брони выбираются в соответствии с диаметром вала. Во многих случаях материалом брони служит оцинкованная лента, изготовленная из стали 08 или 10. В тех условиях эксплуатации, когда форма оси гибкого вала не изменяется в значительных пределах, броня заменяется стальной (из мягкой рядовой стали – 0; 3; 5), медной или дюралюминиевой трубкой. В своем комплекте гибкие валы имеют специальную арматуру, предназначенную для присоединения концов данного вала к двигателю, прибору или инструменту. Съемная арматура присоединяется к валу специальным цанговым зажимом, а несъемная – при помощи штамповки или пайки. При пайке используется оловянно-свинцовый припой марки ПОС-18. Широко распространена арматура для гибких валов с бронзовыми вкладышами. При установке гибкого вала его концы впаиваются в расточки шпинделей, а броня – в муфты.

Гиперболоидная передача

Гиперболоидная передача – зубчатая передача со скрещивающимися осями, аксоидные поверхности зубчатых колес которой – однополосные гиперболоиды вращения. Гиперболоидные передачи подразделяются на два вида:

  1) гиперболоидная передача первого ряда – передача, в которой сопряженные поверхности зубьев зубчатых колес могут быть образованы в станочном зацеплении общей для них производящей поверхностью;

  2) гиперболоидная передача второго рода – передача, зубчатые колеса которой будут иметь сопряженные поверхности зубьев с линейным контактом, если производящая поверхность для одного из них совпадает с главной поверхностью зубьев парного зубчатого колеса.

Гипоидная передача – разновидность гиперболоидной передачи, у зубчатых колес которой начальные и делительные поверхности конические. Гипоидная передача подразделяется на два вида:

  1) гипоидная передача первого рода имеет сопряженные поверхности зубьев, образованные в станочном зацеплении общей для них производящей поверхностью;

  2) гипоидная передача второго рода имеет сопряженные поверхности зубьев с линейным контактом, если производящая поверхность для одного из колес совпадает с главной поверхностью зубьев парного зубчатого колеса.

Зубья колес для гипоидной передачи второго рода обычно выполняют тангенциальными или круговыми. Кроме того, у противоположных боковых поверхностей зубьев выполняют различные профильные углы. Для первой шестерни принимают угол наклона линии зуба β1 = 45—50°, а для второго колеса – β2 в пределах от 23 до 25°. Гипоидная передача второго рода характеризуется высокой несущей способностью и плавностью работы благодаря большому приведенному радиусу кривизны и большому коэффициенту перекрытия.

Главная передача

Главная передача – основная передача в системе нескольких передач от одного двигателя (электрического или двигателя внутреннего сгорания). Такая передача, например, имеется в токарновинторезном станке, где от одного электродвигателя через гитару станка осуществляется несколько передач: передача к шпинделю станка (это главная) и передача на вал (винтовой) подачи суппорта (на котором закрепляется инструмент). Главные передачи выделяются во многих автомобилях и тракторах, где применяется целая система передач от двигателя внутреннего сгорания к исполнительным органам. Главные передачи имеются также в тепловозах, троллейбусах и трамваях.

Глобоидная передача

Глобоидная передача (от лат. globus – «шар» и греч. eidos – «вид») – разновидность червячной передачи, у которой делительная поверхность червяка образована вращением вокруг оси червяка вогнутого отрезка дуги делительной окружности парного червячного колеса, лежащей в плоскости его торцового сечения. Последняя содержит межосевую линию червячной передачи, делящую отрезок дуги пополам, а делительная поверхность червячного колеса – цилиндрическая. У ортогональной глобоидной передачи оси скрещиваются под прямым углом, а делительная поверхность червяка является частью вогнутой поверхности тора. Теоретическая поверхность витка глобоидного червяка может быть образована линией, которая лежит в плоскости торцового сечения парного колеса и через которую проходит межосевая линия червячной передачи, при вращении ее вокруг осей червяка и колеса с отношением их угловых скоростей ω1 и ω2, равным передаточному числу червячной передачи. Различают линейчатые и нелинейчатые глобоидные червяки, теоретические поверхности витков которых образованы соответственно прямой и кривой линиями. Глобоидная передача по сравнению с червячной цилиндрической передачей имеет более высокие показатели в отношении несущей способности и коэффициента полезного действия (КПД) из-за благоприятных условий для гидродинамической смазки. Но глобоидная передача сложна в изготовлении, чувствительна к погрешностям монтажа и деформациям звеньев. Применяют чаще всего глобоидную передачу с модифицированным глобоидным червяком, который характеризуется продольной модификацией витка. Последняя представляет собой отклонение линии поверхности витка червяка от его теоретической линии по определенной зависимости. Продольная модификация позволяет локализовать контакт витка червяка с зубьями колеса и повысить качественные показатели глобоидной передачи. Наибольшим передаточным отношением глобоидной передачи может быть 63, при этом коэффициент полезного действия составляет от 0,6 до 0,9.

Гребенка

Гребенка – часть какого-либо механизма станка, сельскохозяйственной машины, похожая по форме на элементарную бытовую гребенку – расческу. Гребенка в механизме представляет собой металлическую с зубьями рейку определенной длины, по которой осуществляет поступательно-возвратное движение зубчатое колесо, закрепленное жестко на оси специального устройства, например, распределителя-дозатора (в частности, кормов в кормораздаточном устройстве на сельскохозяйственных фермах). Гребенки часто устанавливаются на автоматических линиях в поточном производстве каких-либо мелких деталей.

Грейфер

Грейфер (от нем. Greifer, Greifen – «хватать») – грузозахватный механизм с поворотными «челюстями»-захватами груза (в основном сыпучих строительных материалов в виде песка, щебня, гравия, мраморной или гранитной крошки). Грейфер изготавливается и применяется в пяти вариантах.

Вариант первый: грейфер подвешивается на канате к грузоподъемной машине. К траверсе этого механизма шарнирно присоединены две тяги, на которых подвешены соответственно металлические челюсти-захваты. Челюсти между собой соединены шарнирно посредством специального звена, подвешенного на замыкающем канате. При ослабленном канате челюсти под действием веса грейфера и собственного веса раскрыты. Закрытие челюстей и соответственно захват груза осуществляется натяжением замыкающего каната. Закрытый грейфер с грузом перемещают в нужном направлении при натяжении обоих канатов (т. е. основного и замыкающего). Ослабление замыкающего каната приводит к раскрытию челюстей и удалению груза (т. е. высыпанию сыпучего материала в кузов автомобиля-самосвала или в полувагон железнодорожный). Все указанные операции выполняются с помощью специальных грейферных лебедок.

Вариант второй: челюсти грейфера соединены между собой шарнирно, а также посредством двух звеньев. Все звенья грейфера в общем итоге образуют замкнутый симметричный четырехзвенный шарнирный механизм (в частном случае указанный механизм имеет вид ромба). Нижний шарнир «ромба» закреплен на основном канате. В данном варианте раскрытие челюстей грейфера происходит под действием их веса, а закрываются они с помощью полиспаста. Замыкающий канат, перекинутый через блоки (один расположен в верхней части грейфера, а два – в верхних частях челюстей), стягивает челюсти и при этом осуществляется захват груза.

Вариант третий: грейфер подвешивается на одном канате, а управление челюстями производится с помощью специального привода, установленного на траверсе. От электродвигателя через три зубчатых колеса поворачиваются челюсти, захватывая груз или освобождая его.

Вариант четвертый: грейфер предназначен для погрузки-выгрузки бревен (коротких – от 6 до 8 м), имеет крюки для захвата бревен.

Крюки шарнирно связаны с траверсой и управляются с помощью двух гидроцилиндров. Траверса подвешена на основном канате (на этом же канате держится весь грейфер). Гидроцилиндр левый и звено-крюк относительно траверсы образуют кулисно-коромысловый механизм. С помощью гидроцилиндров осуществляется захват крюками бревен и их освобождение (т. е. выгрузка-погрузка).

Вариант пятый представляет собой многочелюстной грейфер, управляемый одним гидроцилиндром. Все челюсти связаны с траверсой, подвешенной на основном канате, соответственно посредством трех тяг (две из них соединены с траверсой шарнирно). Челюсти грейфера шарнирно соединены также со звеном (центральным), перемещаемым посредством гидроцилиндра во время захвата груза и его освобождения (т. е. во время погрузки-выгрузки груза). Грейферы всех типов широко применяются при выполнении погрузоразгрузочных работ в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России.

Грейферный механизм

Грейферный механизм – устройство для циклического протягивания перфорированной ленты (в частности, киноленты в кинопроекторах или в кинокамерах). Такой механизм осуществляет прерывистое однонаправленное движение. В качестве грейферного механизма применяются кулисный механизм, зубчато-рычажные механизмы и др.

В кулисном (грейферном) механизме – кулиса, совершающая качательное движение, взаимодействие через шатун с вращающимся кривошипом. Шарнирно с кулисой связана собачка. Силовое взаимодействие этих звеньев осуществляется также через листовую пружину. В целом указанные звенья образуют своеобразный механизм свободного хода. При движении кулисы в одном направлении собачка отжимается и проскакивает через отверстия в перфорированной ленте. При движении в другом направлении собачка захватывает и протягивает ленту.

В зубчато-рычажном механизме (грейферном) два зубчатых колеса, зацепляющихся между собой, приводят в движение соответственно два шатуна, соединенные между собой и с зубчатыми колесами. Образованный таким образом пятизвенный зубчато-рычажный механизм обеспечивает движение одного шатуна, при котором он зацепляется с перфорированной лентой и протягивает ее в одном направлении, а затем отходит от ленты и движется свободно, после чего цикл повторяется.

В некоторых установках (кинотехнических) применяется и другой вид зубчато-рычажного грейферного механизма. В таком механизме выполнено соединение зубчатой пары с кулисой, имеющей криволинейную направляющую. Во время работы механизма кулиса выполняет определенную траекторию, на которой имеется участок, близкий к прямолинейному, на котором кулиса взаимодействует с перфорированной лентой, при этом происходит ее циклическое протягивание.

Дебаланс

Дебаланс – устройство, предназначенное для возбуждения механических колебаний, является инерционным элементом. Дебаланс также определяют как вибровозбудитель. В различных механизмах дебалансы устанавливаются по одному или несколько штук, соответственно существуют разные варианты исполнения:

  1) дебаланс представляет собой вращающееся неуравновешенное звено, передающее центробежную силу на подшипники своего вала. В этом варианте дебаланс связан с валом электродвигателя посредством пружины. При вращении вала двигателя пружина под действием силы инерции «F» сжимается и центр массы дебаланса смещается на величину «е». Изменение направления силы инерции «F» обуславливает механические колебания дебаланса с частотой вращения вала электродвигателя;

  2) дебаланс с электродвигателем установлен на маятнике специальной конструкции. В свою очередь маятник соединен с корпусом шарнирно и поджат с обеих сторон пружинами. В данном варианте дебаланс одночастотный, но он характеризуется определенным законом изменения возмущающей силы. Вертикальная составляющая силы изменяется по закону Fn = Fn sin ω t sin ψ, где Fn – сила инерции, развиваемая дебалансом, ω – угловая скорость составного звена, t – время, ψ – угол отклонения маятника от вертикальной линии;

  3) дебалансы связаны зубчатой парой. В таком варианте механические колебания направлены строго вдоль вертикальной оси, потому что вертикальные составляющие сил инерции F1 и F2 направлены всегда в одну сторону, а горизонтальные составляющие – в разные стороны; при этом последние взаимно уравновешиваются. Дебалансы всех видов широко применяются в вибрационных механизмах, машинах, используемых во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России.

Дезинтегратор

Дезинтегратор (от фр. des – приставка, означающая отрицание, уничтожение, удаление или отсутствие чего-либо, и лат. integer – «целый»).

  I. Машина для мелкого дробления (грубого измельчения) хрупких малоабразивных материалов. Состоит из двух вращающихся в противоположные стороны роторов (корзин), насаженных на отдельные соосные валы и заключенных в кожух.

На дисках роторов по концентрическим окружностям расположены 2—4 круглых металлических цилиндрических пальца – так называемых бил (от слова бить), бичей.

  II. Установка для разрушения микроорганизмов с целью изучения субклеточных структур и получения биологически активных веществ:

  1) белков;

  2) полипептидов;

  3) аминокислот;

  4) ДНК или РНК при производстве бактерийных препаратов и др.

По принципу действия подобные дезинтеграторы подразделяются на:

  1) баллистические;

  2) ультразвуковые;

  3) экструзионные и др.

  III. Аппарат для очистки газов от взвешенных твердых частиц в виде пыли; применяется главным образом в доменных цехах металлургических производств.

Делительная головка

Делительная головка – устройство, применяемое для установки, закрепления и периодического поворота или непрерывного вращения небольших заготовок, обрабатываемых на фрезерных станках. В инструментальных цехах машиностроительных предприятий используются делительные головки оптические для угловых измерений, делительных работ и угловой разметки при обработке сложных и точных деталей технологической оснастки. Советскими предприятиями в 70—80-х гг. ХХ в. выпускались делительные головки четырех типов: ОДГ-2, ОДГ-5, ОДГ-10 и ОДГ-60 с ценой деления 2”, 5”, 10" и 60”. Конструктивно оптические делительные головки различались только оформлением оптической системы. Делительная головка оптическая устроена следующим образом: внутри неподвижного корпуса находится другой подвижный корпус, в подшипниках которого может поворачиваться шпиндель.

На шпинделе жестко укреплены лимб и червячное колесо. На конце шпинделя имеется коническая полость, в которую вставлен центр с хомутиком или иное крепежное приспособление (патрон, планшайба). Шкала лимба освещается источником света. Отсчетное устройство может быть экранным или окулярным. В поле зрения окуляра находятся изображения шкал лимба и нониусного устройства. Измеряемая деталь соединяется через поводок с центром. На машиностроительных предприятиях России широко применяется при обработке небольших заготовок делительная головка универсальная с пневматическим цанговым зажимом. Шпиндель такой головки устанавливается на столе фрезерного станка в вертикальное или горизонтальное положение. Данная делительная головка имеет корпус с пневмоцилиндром, крышку, полый шток, на котором установлены поршень и подшипник.

Механизм для закрепления обрабатываемой заготовки (или детали) состоит из втулки с внутренним конусом и винта, который соединяет шток с втулкой, упорную гайку и цангу. Закрепление обрабатываемой заготовки в делительной головке универсальной происходит следующим образом:

  1) сжатый воздух через штуцер по каналу распределительного клапана попадает в полость «Б» и перемещает поршень со штоком и втулкой влево;

  2) втулка, перемещаясь по конической поверхности цанги, сжимает ее и закрепляет заготовку.

Раскрепление заготовки осуществляется после того, как сжатый воздух по другому штуцеру поступает в полость «А». Одновременно воздух из полости «Б» выходит в атмосферу. Поршень со штоком и втулкой отходит вправо, усилие с лепестков цанги снимается и заготовка освобождается. При необходимости с помощью специальной рукоятки шпиндель универсальной делительной головки с заготовкой можно повернуть на заданный угол, после чего продолжить обработку заготовки.

Дисмембратор

Дисмембратор – разновидность дезинтегратора, представляет собой машину, у которой имеется один ротор, а вместо второго ротора – неподвижные пальцы (металлические, стальные), укрепленные на откидной крышке кожуха. Дисмембраторы называют иногда бильными или бичевыми мельницами.

Такие машины применяют для дробления полезных ископаемых (уголь, сера, доломит, мрамор, базальт, торф и др.); продуктов химической промышленности (твердая резина – получают резиновую крошку), сухих пигментов (охра, сурик); материалов деревообрабатывающей промышленности (отходы древесины, щепа и др.).

Дифференциал

Дифференциал (от лат. differentia – «разность», «различие») – механизм, обеспечивающий движение звеньев с различными скоростями при сохранении соотношения сил, действующих на эти звенья. В транспортных машинах (автомобилях, тракторах и др.) применяется так называемый симметричный дифференциал, устанавливаемый между колесами с общей геометрической осью. Дифференциал применяют в различных транспортных машинах с целью обеспечения различных скоростей вращения колес при повороте и при качении колес по неровной дороге.

Дифференциал транспортных машин выполняется в разных вариантах:

  1) в виде планетарной передачи с коническими зубчатыми колесами, которые зацепляются с сателлитом, расположенным на водиле;

  2) в виде планетарной передачи с цилиндрическими колесами и сателлитом, составленным из двух сцепляющихся колес;

  3) кулачковые дифференциалы, в которых кулачки расположены в сепараторе – водиле и взаимодействуют с выступами центральных колес «а» и «в». Кулачки в данном варианте перемещаются в радиальном направлении. Большое сопротивление относительному проворачиванию звеньев обусловлено большими углами давления в кинематических парах;

  4) соединения механизма свободного хода, в котором входным звеном является диск с двусторонними кулачками, закрепленный между ступицей и чашей корпуса дифференциала.

В зацеплении с ним находятся две полумуфты, имеющие два ряда торцовых кулачков – наружный, прямоугольного сечения, аналогичный по профилю кулачкам вышеуказанного диска, и внутренний, трапецеидального профиля, служащий для отключения полумуфты от диска. Трапецеидальные кулачки полумуфт находятся в контакте с аналогичными кулачками внутреннего кольца. При прямолинейном движении машины кулачки диска передают вращающий момент полумуфтам и через ступицы колесам машины. При повороте забегающее вперед колесо стремится вращаться быстрее, вследствие чего под действием трапецеидальных зубьев внутреннего ряда кулачков соответствующая полумуфта, сжав пружину, отодвигается в сторону, выходя из зацепления с кулачками диска. Применение такого дифференциала устраняет щелканье зубьев при повороте машины и предотвращает передачу вращающего момента на забегающее вперед колесо. При повороте машины, чем быстрее вращается одно колесо, тем медленнее вращается второе колесо. При остановке одного из колес второе вращается в два раза быстрее, чем водило. Если момент сопротивления движению на одном колесе оказывается больше, чем на втором, то первое колесо останавливается и вращается только второе колесо. Это оказывает неблагоприятное воздействие, например, при буксовании одного из колес. Чтобы исключить это, используют блокировку дифференциала: принудительно соединяют любые два подвижных звена. В этом случае дифференциал вращается как одно целое с выходными звеньями. С этой же целью дифференциал выполняют с повышенным трением внутри него.

Дифференциальный винтовой механизм

Дифференциальный винтовой механизм – устройство для поступательных перемещений, обусловленных разностью ходов резьб винтовых механизмов, которые соединены между собой. Винты жестко соединены между собой и приводятся во вращение ручкой. Ход резьбы винта несколько больше хода резьбы гайки, при этом направления винтовых линий одинаковы. При вращении ручки винт перемещается относительно корпуса, например, влево, а гайка начнет перемещаться вправо относительно винта. Перемещение гайки относительно корпуса за один оборот ручки равно разности ходов резьб. Такой дифференциальный винтовой механизм позволяет получать очень малые перемещения, чем обусловлена высокая точность настройки приборов и механизмов, в которых он применяется. Выполнив резьбы с разными направлениями винтовых линий, можно получить механизм ускоренных перемещений, обусловленных суммированием ходов резьб соединенных между собой винтовых механизмов.

Домкрат

Домкрат (от голл. Dommekracht) – простейший механизм для подъема различных грузов весом от 1 до 200 т на небольшую высоту. Домкраты изготавливаются трех видов: реечные; винтовые; гидравлические.

Домкраты реечные широко применяются при мелком ремонте легковых автомобилей, например при смене неисправного колеса какого-либо автомобиля. У таких домкратов основным рабочим органом является рейка зубчатая, устанавливаемая на металлическую прочную опору. В верхней части такого домкрата имеется небольшая поперечная опора, перемещающаяся по металлической зубчатой рейке, при этом верхняя опора предварительно подводится под борт кузова легкового автомобиля и с помощью рычажного устройства производится (вручную) подъем автомобиля.

Винтовой домкрат предназначен для подъема более тяжелых грузовых автомобилей порожних или даже с грузом. Рабочая главная опорная часть данного домкрата выполнена в виде винта, закрепленного жестко на массивном основании, с достаточно устойчивой «подошвой» – плитой. Вверху винта имеется небольших размеров опора, которая подводится обычно под ось грузового автомобиля или трактора (или прицепа автотракторного), например при замене неисправного колеса. Домкрат винтовой рассчитан на подъем грузовых транспортных средств весом до 20 т на небольшую высоту. В указанном домкрате подъем груза осуществляется путем выдвижения винта вверх из опоры-основания специальным рычагом.

Домкрат гидравлический имеет гидравлическую подъемную систему, в которой используется специальное масло, залитое в небольшую емкость основания опоры. При нагнетании рычагом масла из опоры основания выдвигается цилиндрический металлический шток, поршень, в верхней части которого закреплена жестко верхняя опора, подводимая под ось транспортного средства. Домкрат гидравлический работает по принципу гидроцилиндра и предназначен для подъема груза до 200 т на небольшую высоту, также в основном при замене неисправного колеса.

Советскими предприятиями в 70—80-х гг. ХХ в. выпускались следующие марки домкратов:

  1) гидравлические ДГО-20; ДГО-50; ДГО-100, ДГО-200 (цифры означают их грузоподъемность в т). Высота подъема груза в мм составляла от 90 до 155; диаметр поршня-штока выполнялся в пределах от 100 до 250 мм, а вес соответственно от 20 до 209 кг;

  2) винтовые марок АА-17080-172; ВДС-5; ДВ-10; ВДС-15; БТ-15; ВДС-20; ПС-20; грузоподъемностью от 2 т (АА-17080) до 20 т. Такие домкраты:

а) поднимали груз на высоту от 240 до 350 мм;

б) имели размеры опорной плиты от 190 до 270 мм (диаметр основания);

в) изготавливались массой от 4,2 до 92 кг;

  3) реечные марок И-120Б; ДР-5; ДР-5М; ДР-7 грузоподъемностью от 1 до 7 т; высота подъема груза составляла от 300 до 552 мм, усилие на рукоятке применялось от 2,7 кгс до 50 кгс. Масса таких домкратов была в пределах от 5,3 до 45 кг.

Гидравлические домкраты применялись в СССР и применяются в настоящее время также в щитовых проходческих комплексах метростроения и других при прокладке тоннелей (в частности, такие комплексы с 20 гидравлическими домкратами применялись еще в конце 70-х гг. ХХ в. в Москве и Киеве при проходке в песчаных грунтах).

Дробилка

Дробилка – механизм, предназначенный для измельчения крупных кусков какого-либо строительного материала в мелкие фракции (или для измельчения отбросов в системе канализации). Дробилки широко применяются в производствах строительных материалов: на щебеночных карьерах, на цементных заводах, в системах канализации общегородской, на металлургических комбинатах (для дробления шихты), стекольных заводах (для измельчения шихты или битого бракованного стекла) и т. д.

На строительных предприятиях (карьерах, бетонных заводах, домостроительных комбинатах и др.) применяются дробилки щековые и барабанного типа. В первой дробилке выполнено устройство для придания качательного или сложного движения одной из щек дробилки. В такой дробилке щека совершает качательное движение относительно неподвижной щеки, при этом осуществляется дробление строительного материала небольшой твердости, например кусков мела или извести, доломита и др. Механизм щековой дробилки выполняется в различных вариантах:

  1) четырехзвенным шарнирным;

  2) кривошипно-коромысловым;

  3) кривошипно-ползунным;

  4) ползунно-коромысловым.

В кривошипно-коромысловом механизме дробилки щека представляет собой шатун, совершающий сложное движение. Для дробления кусков строительных материалов высокой твердости применяются дробилки в виде вращающегося барабана, изготовленного из прочной толстолистовой стали, в котором находятся шары чугунные небольших размеров. При вращении барабана шары перекатываются, ударяют по кускам материала (например, доломита) и измельчают их. Из таких дробилок измельченные куски попадают на специальные сортировочные сетки, или решета, для калибровки по фракциям готовой продукции (в частности, щебня).

Дробилки молоткового типа начали применяться в Советском Союзе в начале 70-х гг. ХХ в. на канализационных городских системах. Такие дробилки предназначались для дробления задерживаемых решетками отбросов; их изготавливали заводы «Водоприбор» (Москва), «Водмашоборудование» (Воронеж) и другие следующих типов: Д-3; Д-3а; Д-2. Дробилка Д-3 предназначалась к установке на станциях городской канализационной системы производительностью до 10 тыс. м3/сут. при наличии на них решеток с прозорами от 40 до 70 мм; 100—120 тыс.м3/сут. при наличии на них решеток с прозорами от 70 до 100 мм. Самой мощной была дробилка типа Д-2 с производительностью до 2 т/ч, мощность ее электродвигателя составляла 100 кВт, а масса общая – 4955 кг.

Кроме указанных дробилок, в этих системах применялась комбинированная решетка-дробилка РД-200 с производительностью до 60 м3/ч. Данная дробилка использовалась для размельчения крупных фракций отбросов и устанавливалась на подводящем трубопроводе к насосной станции (с помощью стяжных полумуфт) и имела:

  1) барабан диаметром 180 мм;

  2) редуктор с электродвигателем (марки ВД 1(0,6/53)1500 и АО31-4);

  3) мощность электродвигателя в 0,6 кВт;

  4) общая масса – 320 кг (всей дробилки). Завод-изготовитель – «Водмашоборудование».

В ряде случаев на предприятиях по производству строительных материалов применяются конусные дробилки. В таком механизме имеется дробящий конус, подвешенный к стойке посредством сферического шарнира; ось конуса эксцентрично установлена в отверстии конического зубчатого колеса; вращение указанному колесу передается от электродвигателя через коническую шестерню. При вращении зубчатого колеса ось конуса дробилки описывает коническую окружность, при этом металлический массивный конус выполняет дробление какого-либо строительного материала (мела, доломита, известняка, крупного щебня или гравия и др.).

Жаккарда машина

Жаккарда машина (машина, названная по имени французского ткача и механика Ж. М. Жаккарда) представляет собой зевообразовательный механизм ткацкого станка для выработки крупноузорчатых тканей; дает возможность раздельно управлять каждой нитью основы или небольшой их группой.

При помощи машины Жаккарда на текстильных производствах (фабриках, комбинатах) вырабатывают декоративные ткани, ковры, одеяла, покрывала, скатерти, дорожки и др.

Жернов

Жернов представляет собой мельничный круг, предназначенный для перетирания зерен, в результате которого зерна размалываются, образуя муку.

Каменные жернова были найдены на территории, которую заселяли восточные славяне начиная с VIII в., диаметр этих устройств варьировался от 60 до 80 см, в центре создавалось отверстие. С XVIII по XIX в. жернова в обязательном порядке были в хозяйстве каждого крестьянина, в избе даже был жерновой угол, в котором и устанавливались жернова, в основном место отводилось в сенях, в редких случаях в подполье. Жернова ставились на лавку или на специальный ящик, устанавливаемый на высокие подставки.

Жернов производится из материалов твердых пород, например кремня, наждака, гранита, форма камня плоская, вытесывается по круглому обводу, наносится насечка, также может наноситься наковка. Жернова состоят из двух мельничных камней. В стародавние времена жернова являлись одной из главных частей домашней утвари. Камни получили название нижний жернов (а также снасть или постав) и верхний жернов (бегун или вышник). Нижний был наиболее тяжелым, создавался немного выпуклым, устанавливался на заранее приготовленный разложенный холст.

Верхний жернов фиксировался на нижнем жернове, поэтому верхний камень был легче, форма камня немного вогнутая. Верхний жернов оковывался шиной для предотвращения разрушения жернова. В середине камня проделывалось отверстие, предназначенное для засыпания зерна.

Железное веретено устанавливается таким образом, чтобы оно проходило через вечею, ячею бегуна, в этом месте веретено наглухо заклинивается в железную стригу, далее веретено проходит через ячею постава в деревянную втулку, которая обкладывается войлочным хомутом, упирается веретено подпятком, т. е. пятою в сырец, в железную плитку, которая устанавливается в пятник, брус или лифт. Головка веретена устанавливается в порхлицу, зерно высыпается из ковша под веретено, попадая в вечею.

В результате вращательного движения зерна размалывались, образуя муку, которая в свою очередь высыпалась на холст. Работа на жерновах считалась очень тяжелой и занимала достаточно долгое время, на жерновах работали главным образом женщины и рабы.

В зависимости от деления жерновов на четверти они называются осьмерик, девятерик и т. п.

Конструкция современных жерновов: загрузочная воронка, пружина, верхний каменный круг, нижний каменный круг, патрубок для выгрузки полученного продукта.

Материал устанавливается в загрузочную воронку, из которой попадает во внутреннюю часть верхнего корундового круга-жернова, зафиксированного в неподвижном положении.

Верхний круг благодаря тяжести и пружинам прижимается к нижнему кругу, совершающему вращательное движение. В результате действия центробежных сил и созданных направляющими насечками рабочих поверхностей кругов полученное вещество уходит в кожух и выводится при помощи специального патрубка.

Положительные свойства: достаточно высокая степень помола. Отрицательные свойства: производительность жерновов маленькая, частый выход из строя элементов, непосредственно участвующих в рабочем процессе. Степень измельчения составляет 5—100.

В настоящее время жернова используются для производства красителей, бумаги, картона.

Задний мост

Задний мост представляет собой автомобильный мост, являющийся последним относительно хода движения автомобиля. Приспособление, определяемое как совокупность узлов, или агрегатов шасси самоходных машин, для передачи крутящего момента от карданной передачи к колесам, также направлено на создание вращательного движения для ведущих правого и левого колес на разных оборотах, необходимых для создания движения в поворотах и на неровных дорогах.

Задний мост у основной части автомобилей оснащается картером, кожухами полуосей, редуктором главной передачи с дифференциалом и полуосями, при этом главная передача и полуоси представляют собой элементы трансмиссии автомобиля. Колесные тормоза, ступицы фиксируются на заднем мосту, подвеска осуществляет объединение заднего моста и рамы или кузова автомобиля, что характерно для безрамных автомобилей, имеющих несущий кузов. Редуктор главной передачи фиксируется прямо на раме машины, если подвеска задних колес независима, а для качающихся полуосей предусмотрено обеспечение карданными шарнирами. Картер заднего моста является полой несущей балкой, определяется в качестве оси автомобиля. Картеры изготавливаются литыми из стали, ковкого чугуна, штампованные сварные. Картер оснащается трубчатыми кожухами полуосей, которые запрессовываются или ввариваются, представляя собой одно целое. Картеры для заднего моста подразделяются на разъемные, в вертикальной плоскости, и неразъемные; разъемные включают две части, объединенные при помощи болтов. Средняя расширенная часть картера оснащается редуктором главной передачи, для неразъемного картера предусмотрен независимый картер, в который помещается редуктор главной передачи, независимый картер прикрепляется с помощью болтов к средней части картера. Высота установки пола кузова находится в зависимости от расширенной средней части картера, поэтому высота увеличивается из-за снижения просвета автомобиля, создаваемого расширенной средней частью картера, для уменьшения этой части картера используется уменьшение редуктора в результате включения вспомогательных колесных передач.

Задний мост изготавливается из балки-картера, главной передачи, дифференциала, полуосей. Левая часть балки состоит из кованой крышки с встык приваренным левым кожухом полуоси; правая часть балки включает чугунный картер, в который запрессовывается правый кожух. Кожух полуосей оснащается с наружной стороны приваренными фланцами. Относительно посадочного борта центрируются картер и крышка, которые необходимо соединить болтами. Горловина картера обеспечивается приливом, разработанным для произведения им упора в резиновый буфер кузова, ограничивающий ход вверх картера заднего моста. Во внутренней части картера предусмотрено наличие двух каналов, созданных для смазки подшипников ведущей шестерни, нижняя часть картера оснащается маслосливным отверстием, средняя часть имеет маслоналивное отверстие, отверстия закрываются при помощи резьбовых конических пробок. Предохранительный клапан выполняет функцию удержания давления в картере в результате нагрева масла при произведении работы. Главная передача гипоидного типа, ось ведущей шестерни смещается вниз относительно оси ведомой шестерни на 42 мм. Главная передача такого типа создает увеличение толщины и длины зубьев ведущей шестерни, увеличенное количество зубьев, расположенных в одномоментном зацеплении, увеличенное скольжение на поверхности зубьев, достаточно долгий период эксплуатации, снижение создаваемого шума. Ведущая и ведомая шестерни должны быть подобраны в комплект, обеспечивающий наименьший шум, необходимый контакт и зазор в зацеплении. Ведущая шестерня совершает вращательное движение в двух конических роликовых подшипниках, внутреннее кольцо одного из подшипников устанавливается на ведущую шестерню свободно, что позволяет доступно производить сборку и регулировку преднатяга. Ведомая шестерня фиксируется на бурт коробки дифференциала, для закрепления к фланцу используется десяток болтов с корончатыми гайками. На оси устанавливаются два сателлита, которые опираются сферическими торцами на стальные фосфатированные опорные шайбы. Для сателлитов характерно постоянное зацепление с двумя полуосевыми шестернями, торец такой шестерни опирается на упорную шайбу, которая направлена на предохранение от износа шестерни и коробки.

Наружный конец полуоси совершает вращательное движение в шариковом подшипнике, способном воспринимать радиальные и осевые нагрузки. Внутреннее кольцо подшипника зажимается кольцом, который является напрессованным на полуось с большим натягом. Пружинное кольцо устанавливается между зажимным кольцом и подшипником полуоси, в случае полного распрямления пружинного кольца устанавливается удовлетворительная напрессовка зажимного кольца. Наружное кольцо подшипника полуоси устанавливается в гнезде во фланце кожуха полуоси и с помощью зажимной пластины подвергается зажиманию. Подшипник оснащается специальной смазкой, рассчитанной на полный срок службы. Для недопущения попадания в подшипник пыли, воды, грязи предусмотрен войлочный сальник, установленный в корпусе. Также к корпусу привариваются внутренний маслоотражатель и гайки для крепления болтов, прикрепляющих к фланцу кожуха полуоси одновременно тормозной щит, прижимную пластину и корпус войлочного сальника.

Для исключения попадания масла в тормоза, если сальник подтекает, используется уплотнительная прокладка, устанавливаемая между тормозным щитом и прижимной пластиной, к заднему торцу фланца полуоси с помощью болтов устанавливается маслоуловитель. Если подтекание сальника произошло, то масло проходит войлочный сальник и поступает в маслоуловитель, с которым соединены отверстия во фланце полуоси и тормозном барабане. Эти отверстия расположены таким образом, что масло, попав в них, выводится наружу.

Сборка заднего моста осуществляется с одновременной регулировкой, позволяющей произвести установку в нужное положение ведомой и ведущей шестерен, преднатяга подшипников ведущей шестерни, дифференциала, зазора полуосевых шестерен в дифференциале. Для удовлетворительной работы заднего моста необходимо в период эксплуатации очищать сапун.

Заклепка

Заклепка является металлическим цилиндрическим стержнем, оснащенным закладной головкой, в результате расклепки выполняет функцию замыкающей головки. Заклепка предназначена для создания соединения металлических поверхностей.

Вытяжные заклепки представляют собой крепежный элемент, предназначенный для работ, производимых на фасадных системах с воздушным зазором, также получивших название вентилируемых фасадов.

Вытяжная заклепка состоит из стержня и гильзы, которая производится из стали, из нержавеющей стали, алюминия, меди. Заклепки подразделяются относительно типа самой заклепки, бортика на детали, материала изготовления тела и стержня.

Виды заклепок: закрытые, стандартные, лепестковые, рифленые, особого назначения. Стандартные заклепки применяются в строительстве. Бортик создается следующих видов: потайной, выступающий или увеличенно выступающий. Для систем вентилируемых фасадов применяются исключительно заклепки с бортиком выступающего типа или увеличенно выступающим. Диаметр определенной части тела заклепки находится в заданном соотношении с диаметром бортика. Для широко распространенной заклепки 4,8-мм диаметр бортика равносилен 9,5-мм. Также разработаны увеличенные бортики, поэтому для заклепки 4,8 мм и заклепки диаметром в 5 мм увеличенные бортики соответствуют 11, 14, 16 мм. Увеличенный бортик используется для заклепок, которые предназначены для крепления алюминиевых композитных панелей, фасадных панелей, производимых из асбестовых плит и фиброцементных плит. При этом материал изготовления плит является не таким прочным относительно материала изготовления заклепки, поэтому увеличенный бортик выполняет функцию охватывания как можно значительного количества материала, что позволяет создавать пониженное давление в результате нагрузок.

Неокрашенные заклепки относятся к крепежным деталям, которые изготавливаются в виде гладкого цилиндрического стержня, оснащенного плоской алюминиевой головкой, установленной на одном конце. Заклепки такого типа предназначены для произведения неразъемного монтажа, который обеспечивается благодаря пластической деформации, создаваемой телом заклепки. Широкое распространение неокрашенные заклепки получили для произведения работ с металлическими и композитными материалами. Ножка заклепки такого типа изготавливается в обязательном порядке из нержавеющей стали. Для того чтобы установить заклепку, используется заклепочник, представляющий собой специализированный инструмент, употребляемый для работы с заклепками.

Окрашенные заклепки относятся к крепежным деталям, направленным для создания неразъемного соединения, в результате создания головки на другом конце стержня пластической деформации. Заклепка представляет собой гладкий цилиндрический стержень с наличием на одном конце плоской алюминиевой головки, ножка стержня изготавливается из нержавеющей стали. Для установки окрашенной заклепки применяется заклепочник, используется для произведения работ на металлических, композитных материалах.

Заклепки могут оснащаться заглушками, которые создаются в виде выпуклых полипропиленовых крышек, окрашиваемых в стандартные цвета композитного материала. Заглушки применяются в качестве декоративного компонента, фиксируются на лицевой стороне установленной заклепки.

Заклепки, обладающие небольшим диаметром, не превышающим 10 мм, устанавливаются в холодном состоянии, для заклепок большого диаметра используется нагрев до 800—900 °C, поэтому их установка осуществляется в горячем состоянии. Склепывание производится при помощи прессов, автоматов, клепальных молотков, заклепочников.

Резьбовые заклепки представляют собой сочетание двух соединений, способны производить скрепление в качестве заклепки, а также оснащаются внутренней резьбой, используемой для крепления винтов.

Замок (в механике)

Замок представляет собой приспособление для создания запирания.

Первые замки были отмечены в древние времена, приблизительно во втором тысячелетии до нашей эры, в государствах Ассирия, Вавилон, Египет. В Древнем Египте создавались замки, которые содержали составляющие, идентичные элементам замков, производимых в настоящее время. Во времена Киевской Руси изготавливались замки нескольких видов, в которых закладывалась определенная индивидуальная секретность.

Все замковые механизмы делятся на два основных типа: механические и электромеханические. В настоящее время замки подразделяются относительно устройства замка и действия заложенного механизма: сувальдные, бессувальдные, цилиндровые, секретные. Относительно способа их установления замки подразделяются на съемные, например висячие, неподвижные, которые фиксируются в постоянном положении, например накладные, встроенные или врезные. В зависимости от условий эксплуатации замки делятся на замки для внутренних помещений и замки, функционирующие на открытом воздухе. Относительно методов закрывания: с перемещением засова ручкой замка; с наличием автоматического вылета засова замка.

Конструктивное изготовление элементов секретности подразделяет замки на сувальдные, пластинчатые, дисковые, штифтовые. Механические замки представляют собой два вида: шифровальные и ключевые.

Бессувальдный замок включает ригель, засов, который в результате поворота ключа стопорится подпружиненным бегунком, забегающим в пазы ригельной планки. Для индивидуальной секретности служит фасоный профиль замочной скважины.

Сувальдные замки оснащаются ригелем, являющимся комплектом подвижных пластинок, называемых сувальдами, обладающими разными формами. Поворот ключа в таком типе замка осуществляется в результате обеспечения соответствия выступов бородки ключа граням заданных сувальд. Сувальды могут задаваться разнообразными вариантами сочетания, например, четыре стандартные сувальды можно установить в последовательности таким образом, что в результате получается 24 серии замка.

Цилиндровые замки созданы наподобие сувальдных, главным отличием являются сувальды, изготовленные в виде штифтов. Замок оснащается ключом, вставляемым в паз замка, при этом штифты должны полностью устанавливаться в радиальные каналы цилиндрического сердечника, только в этом случае происходит поворот относительно оси и переход ригеля. В случае ошибочного перемещения только одной канавкой на рабочей грани ключа штифта с погрешностью в 0,1 мм ключ не создает поворота, позволяя обеспечить достаточно высокую индивидуальную секретность цилиндровых механизмов. Серия замка находится в зависимости относительно взаимного местоположения штифтов, при этом серия задается номером из четырех или пяти цифр, которые записываются непосредственно на ключе. Для увеличения секретности замков цилиндрового типа используется трансформация профиля ключевого паза в трех измерениях.

Секретные замки оснащаются как обычными элементами замочных устройств, так и механизмами, ориентированными на открывание замка с помощью ключа или без него, устанавливаются комплекты колец, рукоятки относительно присущего для данного замка шифра в виде букв или цифр.

Стационарные замки повышают степень надежности с помощью двух и более ключей, также для увеличения секретности используются часы, соединенные с механизмом замка, для употребления замка в заданное время. Блокировочная система, дистанционное управление, сигнализация широко используются для создания индивидуальной секретности замка.

Электромеханические замки представляют собой замки, которые открываются при помощи обычного ключа, внутреннее устройство такого замка обеспечивается электромеханическими компонентами. Исполнительное устройство подает ток, при этом соленоид создает сбрасывание фиксатора пружины, которая, действуя на ригель, производит втягивание его в замок; для закрытия двери осуществляется обратное действие, при котором пружина взводится, а рабочий ригель совершает вхождение в ответную часть замка, удерживая запирание двери. Основным способом, приводящим замок в рабочее состояние, является электрический способ, обуславливающий подачу управляющего напряжения от контроллера. В случае отсутствия электропитания для открывания замка используется ключ. Монтаж таких замков достаточно сложен в связи с применением гибкой подводки. Самым большим минусом в конструкции электромеханических замков является их зависимость относительно питания электричеством. Также такие замки находятся в зависимости относительно перепада температур воздуха, изменения влажности. Электромеханические замки созданы различных типов: накладные; врезные; с одним или некоторым количеством ригелей; с защелкой, которая может совмещаться с ригелями; с механическим перевзводом, т. е. в результате подачи на замок открывающего импульса, длительность которого может быть невелика, замок открыт, для закрытия требуется открыть и закрыть дверь вновь.

Электромеханические замки подразделяются на электромоторные, соленоидные, курковые замки.

Электромоторные замки обеспечиваются электрическими моторами, которые устанавливаются в замок или цилиндр для управления ригелями, производя при этом открывание или запирание. Напряжение питания электродвигателя рассчитано, главным образом, на 24 В. Закрывание замка осуществляется в течение нескольких секунд. Электромоторные замки разработаны таким образом, что при отсутствии электропитания создается возможность механического воздействия на цилиндр замка при помощи ключа. Для дистанционного управления дверью замок обеспечивается комплектом кнопок, адаптерами с любым считывателем, среди которых могут использоваться приспособления биометрического распознавания. Замки создаются как для одностороннего, так и двустороннего управления доступом. Электромагнитные замки получили распространение в тех случаях, когда необходимо создать очень надежную защиту, поэтому ими оснащаются специальные стальные двери банковских хранилищ, противопожарные двери. В настоящее время создаются замки такого типа для установления их на входные двери домов, квартир, коттеджей. В электромагнитных замках идут разработки, позволяющие на основной базе замка вводить новые опции, например приспособление регистрации всех открываний и закрываний двери, система автоматического закрывания двери, программируемость замка на закрывание в установленное время.

Замки устойчивой надежности: разработан замок, который имеет неплохую характеристику по устойчивости к взлому, состоит из трех рядов цилиндров, с каждой стороны устанавливается пять штук, значение секретности в замке определяется в 24 300 000 комбинаций. Личинка стального замка оснащается защитной системой для предотвращения высверливания и силового поворота, стопорный ригель в месте захода обеспечивается твердосплавным диском, который оберегает ригель от попытки высверливания. Защитный кожух представляет собой четыре независимых слоя: в первом слое металлорукав малого сечения производит сжимание и фиксирование приводного троса в результате его перекусывания; второй слой содержит стальную металлическую проволоку, которая предохраняет замок при перепиливании; в третьем слое имеется металлорукав с большим сечением, который выполняет защитную функцию второго слоя и обеспечивает выполнение работы второго слоя; четвертый слой представлен пластиковым покрытием для создания герметичности замка и улучшения внешнего вида.

Для создания надежного соединения с корпусом замка фланец защитного кожуха спрессовывается при давлении в 5000 кг/см2. Запорные механизмы изготавливаются из антикоррозионных материалов. Закрытие происходит в результате нажатия на личинку замка, открытие производится при помощи ключа. Разработаны модели замков, оснащенные стандартными и сферными запорными устройствами, электрической блокировкой двигателя в запорном механизме, которая снабжается полной группой контактов, способной коммутировать цепи до 1 А, что позволяет создавать блокировку при закрытом замке.

Соленоидные замки состоят из большого металлического стержня, который в нормальном состоянии выдвигается из замка, в результате подачи питания происходит уход стержня во внутреннюю часть замка. Обладает высоким усилием удержания, высокой скоростью и достаточной надежностью. К недостаткам замка относят создание высокого скачка напряжения, характерного для момента открытия, соленоид не способен долгое время находиться под напряжением, так как может сгореть.

Курковые замки отличаются наличием специального взводящего ригеля, который предусмотрен для создания функции взвода пружины замка: для выполнения необходимо дверь открыть и закрыть вновь. Отрицательным свойством куркового замка является разблокировка двери, произведенная при помощи карточки, и затем непроизведение закрывания двери, при этом дверь будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока закрывание не осуществится исключительно при захлопывании двери.

Звено (в механике)

Звеном называется одно твердое тело, а также организация четко объединенных тел, которые включены в конструкцию механизма.

Начальное звено представляет собой звено, у которого координата задается в качестве обобщенной координаты. Выходное звено определяется как звено с заданным движением и силовыми факторами, силой и моментом. Выходные звенья соответствуют звеньям, получающим искомое движение и силу.

Механизмы относительно движения и местоположения звеньев в пространстве подразделяются на пространственные, плоские, сферические. Также механизмы подразделяются относительно формы, конструктивного решения, движения звеньев на рычажные; манипуляторы; кулачковые; зубчатые, планетарные.

Золотник

Золотник – подвижной элемент системы управления тепловым или механическим процессом, направляющим поток рабочей жидкости или газа в нижний канал путем своего смещения относительно ячеек в поверхности, по которой он скользит. Золотник применяют в паровых машинах и турбинах, пневматических механизмах, системах гидроавтоматики станочных автоматических линий в машиностроительных производствах.

Зубчатая передача

Зубчатая передача представляет собой механизм, предназначенный для произведения передачи вращательного движения, происходящего между валами, а также для трансформации частоты вращения, в основу которого заложено применение зубчатого соединения. Зубчатые передачи устанавливаются в устройства, машины либо создаются в качестве независимого прибора, называемого редуктором.

Зубчатые передачи считаются широко распространенным видом механических передач, который оправдывается своей рациональностью. Зубчатые передачи используются для произведения передачи мощности как от самых маленьких, так и достигающих десятков тысяч кВт, для передачи окружных усилий, которые варьируются от долей грамма до 10 Мн. Главным положительным качеством зубчатых передач считают небольшие габариты механизма, относительно других видов передач, также высокий коэффициент полезного действия, при этом потери в результате точных, хорошо смазываемых передач составляют 1—2%, в очень благоприятных условиях потери не превышают 0,5%.

Зубчатым передачам присуща высокая долговечность, надежность, устройство разработано таким образом, что не возникает проскальзывание, на валы приходятся малые нагрузки. Отрицательной стороной этого устройства является шум, который образуется в результате его работы, также зубчатая передача производится с необходимой точностью.

В механизм включаются зубчатые колеса, которые создаются в результате нарезания зубьев в дисковых заготовках. Зубьям придается специальная форма, получившая название эвольвентной, позволяющая проводить работу плавно, создавая эффективную передачу энергии вращения в результате зубчатого зацепления. Эвольвентная форма зубчатого колеса используется практически на всех современных зубчатых колесах.

Зубчатые колеса подразделяются относительно профиля зубьев на эвольвентные, циклоидные, круговые, также называемые передачами Новикова.

Относительно типа зубьев передачи бывают прямозубые, косозубые, криволинейные, шевронные. Взаимное расположение осей валов делит зубчатые передачи на передачи с параллельными осями и передачи с пересекающимися осями. Окружная скорость колес обуславливает тихоходные, среднескоростные или быстроходные названия передач. Степень защищенности указывает на открытые или закрытые зубчатые передачи. Относительное вращение колес и расположение зубьев указывают на внутреннее зацепление, при котором зубчатая передача осуществляется в результате вращения колес в едином направлении, и внешнее зацепление, зубчатая передача, создается вращением колес в полярных направлениях.

Зубчатыми колесами создаются зацепления следующего типа: цилиндрические (в результате этого типа зацепления оси зубчатых колес, которые включены в зацепление друг с другом, определяются как параллельные); гипоидные, червячные, винтовые – оси зубчатых колес перекрещиваются; конические, в редких случаях цилиндроконические и плоскоконические – оси зубчатых колес пересекаются.

Для цилиндрической передачи полюс зацепления есть точка касания начальных окружностей зубчатых колес, являющихся окружностями, двигающимися в направлении друг друга, не прибегая к скольжению.

В конической зубчатой передаче начальные цилиндры представлены начальными конусами, профили зубьев исследуются в качестве линий пересечения боковых поверхностей зубьев с вспомогательными конусами, оси начальных и дополнительных совпадают, образующие находятся перпендикулярно образующим начальных конусов.

Частным вариантом зубчатой передачи является зубчато-реечная передача, которая создается для изменения вращательного движения в поступательное и при трансформации движения в обратную сторону.

Гипоидные зубчатые передачи представляют собой конические зубчатые передачи, при которых оси колес не пересекаются, получили широкое применение в автомобилестроении для установки на задних мостах автомобилей, что позволяет уменьшить центр тяжести.

Бесшумная зубчатая передача создана на принципе зацепления каждого из зубьев. Положительные свойства зубчатой передачи такого типа: отсутствие шума, снижение размера одной ступени примерно в полтора раза, несложность конструкции, может производиться на универсальном токарно-фрезерном станке, высокий коэффициент полезного действия, используется без компенсации межосевого расстояния в многоступенчатых редукторах. Неблагоприятные характеристики: небольшие возможности передаточных отношений, снижение размера влечет увеличение нагрузок на опоры.

Зубчатые передачи созданы в виде как простых одноступенчатых передач, так и некоторого количества передач, которые устанавливаются в машины или разрабатываются как отдельное устройство.

Многоступенчатая зубчатая передача используется для передачи вращательного движения между двух валов, которые установлены достаточно далеко друг от друга. Чтобы создать вращение, используются зубчатые колеса в количестве более двух. Вводятся дополнительные промежуточные колеса, которые выполняют функцию изменения направления вращательного движения в случае их четного числа; если их количество нечетное, то направление вращательного движения остается неизменным.

Точность зубчатых передач представляет собой 12 степеней, которые задаются относительно применения устройства и условий эксплуатации.

Широко используются зубчатые передачи, ориентированные на внешнее зацепление, осуществляемое при помощи колес с наличием зубьев на внешней поверхности. Следующую степень по использованию занимают зубчатые передачи с внутренним зацеплением, для которого характерно наличие на одном колесе зубьев, которые нарезаются на внутренней поверхности.

Машины и механические устройства в основном комплектуются зубчатыми передачами, характеризуемыми постоянным передаточным числом. Зубчатые передачи, определяемые как передачи с переменным числом, создаются некруглыми цилиндрическими колесами, способными ведомому элементу задать установленную плавно преобразующуюся скорость, при этом скорость ведущего постоянна. Применение такого типа зубчатых передач довольно редко. Передаточное число пары колес в редукторах соответствует 7, в коробках скоростей достигает 4, в приводах столов станков от 20 и выше. Окружные скорости для высокоточных прямозубых зубчатых передач определяются до 15 м/с, для косозубых соответствуют примерно 30 м/с, быстроходные передачи скорости могут доходить от 100 м/с и выше.

Зубчатое колесо

Зубчатые колеса представляют собой систему, в которую входят два состоящих в зацеплении зубчатых колеса, установленных на валах с одним диаметром. Скорость вращательного движения колес определяется как обратно пропорциональная их диаметру.

Для производства зубчатого колеса применяется в основном сталь, а также чугун, латунь, пластмассы, алюминий. Зубчатые колеса, изготовленные из стали, необходимо усилить, чтобы срок их службы был как можно дольше. Поэтому колеса науглероживают и производят их термообработку, в обязательном порядке усиливанию подвергаются зубчатые колеса, предназначенные для автомобильных передач, а также для дифференциалов.

Плавность качения создается при помощи боковой формы зубьев колес, которая может являться эвольвентной, неэвольвентной передачей Новикова, в которой задается одна или две линии зацепления, и циклоидальной. Храповые механизмы обеспечиваются зубчатыми колесами, характеризующимися несимметричным профилем.

Цилиндрические зубчатые колеса предназначены для параллельных валов. В зацеплении участвуют два колеса; колесо, создающее передающее движение, определяется как ведущее, второе колесо называется ведомым. В случае когда одно из колес является намного меньше второго колеса, то меньшее называется шестерней. В том случае, когда отношение частот вращения ведущего и ведомого колес соответствует единице, зубчатые колеса, участвующие в зацеплении, считаются равными относительно их размера. Передаточное отношение равносильно отношению количества зубьев двух колес. Рассмотрим шестерню с наличием 10 зубьев, которая зацеплена с зубчатым колесом с 40 зубьями. Вращение шестерни с 10 зубьями будет в 4 раза быстрее второго большего зубчатого колеса.

Для расположения зубьев используются внутренняя и внешняя поверхности колеса. Зацепление может быть наружное и внутреннее, если организовано внутреннее зацепление, то колеса вращаются в одном направлении, в случае наружного зацепления колеса создают вращение в противолежащих направлениях.

Цилиндрические зубчатые колеса подразделяются на прямозубые, косозубые зубчатые колеса. Прямозубые – это зубчатые колеса, имеющие зубья, параллельные оси колеса, используются для произведения работ на невысоких и средних скоростях. Косозубые колеса применяют для повышения контактной длины и числа зубьев, вовлеченных в зацепление, позволяющих создать передачу большого момента, а также хорошей плавности при работе, осуществляемой на больших частотах вращения. Косозубые колеса в результате контакта зацепленных зубьев создают осевое усилие, считающееся недостатком этого типа зубчатых колес, поэтому для ликвидации этого неудобства используются шевронные зубчатые колеса, оснащенные V-образными, угловыми косыми зубьями. Зубчатые колеса с косыми зубами предназначены для ответственных передач, производимых на средних и высоких скоростях, составляют третью часть от всех цилиндрических зубчатых колес. Зубчатые колеса с шевронными зубьями используют для передачи больших моментов и мощностей в тяжелых машинах.

Трансформация вращательного движения в линейное перемещение происходит в результате введения зубчатой рейки, которая устанавливается вместо ведомого колеса, при этом зубчатая рейка представляет собой своеобразное зубчатое колесо, имеющее бесконечно большой диаметр.

Конические зубчатые колеса характеризуются прямым углом, образуемым осями зубчатых колес, при этом зубья нарезаются относительно радиусов.

Зубчатые колеса с круговыми зубьями разработаны для участия во всех ответственных конических зубчатых передачах.

Тангенциальные зубья конических колес прямые, однако направлены они не по радиусам.

Спиральнозубые колеса практически идентичны цилиндрическим, главным отличием является нарез зубьев, который способен передавать вращательное движение между взаимно перпендикулярными валами.

Зубчатое соединение

Зубчатое соединение – соединение вала и втулки, создаваемое при помощи зубьев, называемых шлицами, и впадин, или пазов, которые изготавливаются на валу, а также в отверстиях втулки.

Самыми распространенными зубчатыми соединениями считаются соединения, подразделенные относительно формы профиля: прямобочные, эвольвентные, треугольные.

Также зубчатые соединения распределяются относительно степени передаваемой нагрузки на тяжелую серию, среднюю и легкую.

При рассмотрении метода для создания центрирования сопрягаемых деталей соединения делятся на центрированные по внутреннему диаметру зубьев, по внешнему диаметру зубьев, по боковым поверхностям зубьев.

Степень подвижности зубьев может быть неподвижная, подвижная и нормальная.

Зубчатый механизм

Сложный зубчатый механизм представляет собой приспособление с зубчатыми передачами, в которых участвует свыше двух зубчатых колес. Устройства могут разрабатываться как своеобразной структурной технологией, так и при помощи последовательного, параллельного сочетания самых незатейливых типовых зубчатых приспособлений.

Многопоточные зубчатые механизмы являются приспособлениями, образующими при помощи кинематических цепей один или некоторое число замкнутых контуров, при этом входной поток механической мощности при создании передачи и трансформации подвергается расчленению на несколько потоков, которые суммируются на выходном звене.

Для снижения массы устройств его размера используется разложение передаваемых усилий относительно некоторого количества кинематических пар, что существенно снижает нагрузку на составляющие пар.

Жесткость устройства повышается в результате многозонного контакта звеньев устройства. Мертвый ход, а также кинематическую погрешность можно снизить в результате осреднения погрешностей и зазоров.

Для борьбы с избыточными или пассивными связями, полученными в результате создания в строении устройства внутренних контуров, используется увеличенная точность производства деталей, также для этого применяется повышение зазоров в кинематических парах.

Планетарный механизм – сложный зубчатый механизм, оснащенный хотя бы одним колесом, имеющим подвижную ось.

Виды стандартных планетарных устройств:

  1) однорядное;

  2) двухрядное, снабженное одним внешним и одним внутренним зацеплением;

  3) двухрядное, оборудованное двумя внешними зацеплениями;

  4) двухрядное, обеспеченное двумя внутренними зацеплениями.

Зубчатое колесо планетарного механизма, имеющее внешние зубья, установленное в центре, получило название солнечное зубчатое колесо. Зубчатые колеса, имеющие внутренние зубья, определяются как корона или эпицикл. Колеса с подвижными осями называются сателлитами, если они устанавливаются на подвижное звено, то звено называется водилом, обозначается звено водила при помощи латинской буквы h.

Рядный зубчатый механизм является сложным зубчатым механизмом, оснащенным колесами с неподвижными осями. Создается такое устройство в результате последовательного сочетания некоторого количества простых зубчатых механизмов. Передаточное отношение рядного зубчатого механизма, представляющего собой некоторое число объединенных последовательно зубчатых устройств, соответствует произведению передаточных отношений данных механизмов.

Каландр

Конструкторское решение каландров различного назначения практически идентично, отличительными особенностями являются габариты, количество валков и возможное их расположение на устройстве, фрикция и скорость валков.

Каландр создан из трех валков, характеризуемых наличием независимого регулируемого привода. Валки производятся из нержавеющей легированной стали, поверхность валков полированная, валки также проходят стадию азотировки. Крайние валки обеспечиваются приспособлениями перемещения, которые направлены на контролирование и регулирование зазора, образуемого между валками. Конструкторское решение задает для каждого валка систему термостатирования, оснащенную системой охлаждения и системой нагрева.

Каландр более сложной конструкции включает в себя основание, валки с подшипниками, приспособление для подвода теплоносителя и привод. Устройство регулирования зазора оснащается дистанционным пультом управления; практически для всех валков, исключение составляет приводной валок, можно регулировать положение. Смазка подшипников определяется как централизованная. Температура периферийных каналов валков создается с помощью теплоносителя, привод задается от электродвигателя постоянного тока, проходящего сквозь редуктор, блок-редуктор, универсальные шарнирные шпиндели, которые способны раздвигать и перекрещивать валки. Для переработки резины наиболее жесткого типа применяются приводы усиленной мощности, разработанные для принятия повышенных нагрузок на валки.

Каландры валковые используются для производства обкладки и промазки тканей, корда резиновым составом, для дублирования обрезиненных тканей с листами, состоящими из резинового состава, для профилирования и листования резинового состава.

Каландирование – процесс, характеризуемый обработкой материалов, таких как бумага, резина и ткань, производимый при помощи каландра. Для бумажного производства процесс реализуется с помощью машинных каландров, которые располагаются в последней части сушильного компонента бумагоделательной машины, а также на независимых агрегатах – суперкаландрах. Бумага, обработанная с помощью суперкаландра, называется каландрированной, лощеной; если бумага была пропущена сквозь машинный каландр и обладает небольшим глянцем, то она называется бумагой машинной гладкости. Гладкость бумаги зависит от применяемых валов. Наиболее высокая гладкость достигается с помощью комплекса из чугунных и бумажных валов; высокая температура при нагревании также способствует увеличению гладкости; влажность бумаги и ее ингредиенты, каландрирование с большим успехом проходит бумага с высоким количеством каолина; на гладкость также влияет давление, образованное между валами устройства.

В резиновом производстве каландрирование используется в создании резиновых листов и пластин, обладающих толщиной разного размера, также для произведения пластификации, нагревания резиновой смеси, для промазки ткани резиновым составом. Текстильная промышленность применяет каландрирование для уплотнения льняных, хлопчатобумажных, джутовых и других видов тканей, для создания блеска и нанесения тисненых узоров.

Суперкаландр представляет собой устройство для отделки бумаги, для придания поверхности бумаги наибольшей гладкости, лоска, уплотнения, тиснения и др. Конструкция суперкаландра включает в себя от 6 до 12 валков, изготовленных из металла, чугуна, который затем шлифуется, и бумаги. В этом случае бумага подвергается прессованию на стальном сердечнике при помощи давления, достигающего 45 Мн/м2, далее вал подлежит обточке и шлифованию. Валки выполняют функцию пропускания бумажного полотна. Чтобы создать каландрирование бумаги для печати, необходимы бумажные валы с твердостью в 36—40 единиц по методу Шора.

Для отделки необходимо задать линейное давление от 100 до 350 кгс/см, бумажное полотно перемещается с максимальной скоростью в 900 м/мин. Обрыв полотна можно устранить с помощью обводных бумаговедущих валов, что позволяет уменьшить напряжение бумаги на участке каландрирования. Основным назначением суперкаландра является отделка бумагой, используемой для письма и печатания.

Канифас-блок

Канифас-блок – одношкивный блок с откидной наметкой для закладки троса. Он служит для изменения направления тяги троса при грузоподъемных итакелажных работах.

Верхний конец блока задавался достаточно длинным, по сравнению с обычным блоком, оснащался отверстием для крепления блока, на одной стороне верхний конец оставался открытым, для того чтобы пропущенный сквозь него трос можно было вставить и вынуть.

Канифас-блоки используются для проведения работ, связанных с глубоководным лотом, для проводки грота-брасов, для установки стеньги. Большие конифас-блоки оковываются железом и предназначаются для заведения каната для буксировки и верповании судна.

Кантователь

Название произошло от немецкого слова Kanten, что означает «переворачивать». Представляет собой механизм, который создан для переворачивания, т. е. кантовки изделий в процессе производства изделия, его транспортировки и упаковки.

Наиболее простой кантователь – цепной, получил широкое использование в кузнечном производстве для фиксирования на крюке мостового подъемного крана. Берется прямоугольная рама, на которой устанавливается электродвигатель с червячным редуктором, с учрежденной на выходном валу звездочкой, которая направлена на вовлечение в движение замкнутой цепи, при этом цепь оснащается поковкой, способной совершать поворот в результате движения цепи. Цепные кантователи рассчитаны на грузоподъемность примерно в 200 т.

Сложные кантователи получили название манипуляторов, которые подразделяются на напольные и подвесные. Подвесной манипулятор устанавливается на монорельсовую тележку, производящую перемещение вдоль рельса, которое фиксируется под верхней частью перекрытия помещения.

Напольный манипулятор является передвижным мостом, служащим для движения хобота, оснащенного клещевым захватом, в горизонтальном перемещении.

Хобот разработан таким образом, чтобы производить вращательное движение относительно своей оси и двигаться в вертикальном направлении.

Кантователи сложного типа созданы на грузоподъемность в пределах 0,75—75 т.

Разработаны кантователи на основе двух рольгангов, установленных под углом, при этом каждый рольганг способен производить повороты в горизонтальном положении; используются кантователи такого типа для перемещения листовой стали.

Кантователи типа кривошипно-шатунные поворотные головки, рычажные механизмы, поворотные каретки применяются для произведения сварки рам сложной конструкции, балок, резервуаров.

Кантователи типа сталкиватели, выдвижные упоры разработаны для произведения поворота ящиков на 90°, которые перемещаются на конвейере; используются такие кантователи на машинах, предназначенных для упаковки готовых изделий в ящики или коробки.

Кантователи широко применяются во всех отраслях производственной деятельности человека. Механизмы такого типа успешно совмещаются с вакуумными захватами, которые используются для транспортировки листовых и плоских деталей, и для деталей другого вида. Система получила широкое использование в легкой промышленности, пищевой и полиграфической промышленности.

Карданный механизм

Карданный механизм – механизм для передачи вращения между валами, которые устанавливаются под переменным углом друг к другу. Также употребимо название кардан, карданный или универсальный шарнир.

Карданная передача представляет собой устройство, состоящее из последовательного объединения двух карданных механизмов. В автомобиле карданная передача выполняет функцию передачи вращательного движения от ведущего вала к ведомому, которые устанавливаются под углом относительно друг друга. Используется для соединения коробки передач и двигателя под углом, достигающим 5°, для сочетания коробки передач с раздаточной коробкой под углом, также достигающим 5°, коробкой передач с главной передачей под углом, достигающим 15°, также применяется для соединения в рулевом приводе, при приводе лебедок.

Карданный вал-приспособление, включаемое в заднеприводной и полноприводной автомобиль, созданное для передачи крутящего момента от одного устройства к другому, при этом оси валов устройств не совпадают и могут работать в непрерывных модифицирующихся межосевых расстояниях в различных горизонтальных и вертикальных плоскостях. Например, между коробкой переключения передач, либо раздаточной коробкой и валом редуктора ведущего моста.

В состав входят карданный вал с двумя карданами, в редких случаях с одним, скользящая вилка, две крестовины, или шарниры, две фланец-вилки, уплотнения, приспособления для крепления. Для производства валов используется труба, для сплошных применяют пруток, одна сторона вала оснащается привариваемой неподвижной вилкой шарнира, вторая сторона обеспечивается шлицевой втулкой, на которую насаживается мобильная скользящая вилка с шарниром. Шлицевое соединение предназначено для трансформации рабочей длины в результате работы подвески. Карданная передача может выполняться из нескольких частей, имеющих промежуточные подвесные опоры. Используется такой вариант в связи с тем, что большая скорость вращения, благодаря распределенному относительно длины остаточного дисбаланса, приводит длинные валы к изгибанию. Четко отбалансированный по определенной скорости вал на других скоростях может создать значительную вибрацию. Шарниры представляют собой сочетание вилок, фланцев вилок, крестовины, имеющей игольчатые подшипники, крепежных приспособлений. Карданная передача создает передачу крутящего момента с пульсацией угловой скорости, поэтому для исключения эффекта такого вида вилки с двух сторон вала устанавливают в одной плоскости, и это действие производится в момент сборки карданного вала. Карданные шарниры в таком положении вносят противофазные пульсации угловой скорости, компенсируя вибрации относительно друг друга.

В случае сочетания при помощи карданного вала таких механизмов, у которых угол соединения и расстояние способны варьироваться, например главная передача и коробка передач, вводится осевая компенсация, представляющая собой скользящее шлицевое соединение, разработанное с учетом возможного модифицирования длины вала в установленных рамках. Размер угла между валами обуславливает карданную передачу, в которой используются жесткие или упругие полукарданы, полные карданы неравных угловых скоростей. Самыми распространенными считаются полные карданы, оснащенные такими главными деталями, как две вилки, крестовина, игольчатые подшипники, уплотняющие приспособления, опоры для цапф крестовин. Коэффициент полезного действия одного кардана составляет 0,985—0,99.

Карданный вал может обладать дисбалансом, признаками для установления дисбаланса являются усиленные вибрации, способные в результате различных частот вращения снижаться и увеличиваться. Если вибрации изменяются при движении на различных скоростях, то дисбаланс присутствует. Дисбаланс создает дополнительные нагрузки на шарниры и детали трансмиссии, связанные с карданной передачей, ослабляются крепления, приводя к более быстрому выходу из строя машины и к аварийным ситуациям.

На организм человека дисбаланс также влияет не лучшим образом: человек становится раздражительным, появляется быстрая утомляемость, что приводит к различным заболеваниям. Дисбаланс может возникать в результате недостаточной точности при производстве отдельных частей карданной передачи; при изготовлении из неоднородного материала с различными плотностями; при неточном общем центрировании взаимозависимых деталей; в случае появления зазоров при соединении деталей и агрегатов, а также при смещении осей в результате установки; при деформации валов в результате термического и механического воздействия и при получении повреждений в период эксплуатации.

Уровень дисбаланса карданных валов зависит от динамической балансировки, осуществляемой при помощи специальных стендов.

Для устранения дисбаланса используются балансировочные пластины, фиксируемые на трубе, балансировочные прокладки, устанавливаемые под стопорные крышки подшипников крестовины, также применяется удаление металла со специальных бобышек, находящихся на вилках фланцев. Балансировка осуществляется, главным образом, при сборе с шарнирами. Дисбаланс зависит от зазоров, полученных при составлении шлицевого соединения и крестовины.

Для устранения вибрации некоторые производители автомобилей внедряют эластичные винты, демпферные резинометаллические муфты и подвесные опоры, что позволяет увеличить срок службы карданов.

Если вращение обеспечивается в результате подвижного объединения звеньев, то это жесткий карданный механизм, если же в результате упругих характеристик специальных элементов – упругий карданный механизм.

Механизм получил название в честь Дж. Кардано, который разработал подвес для сохранения постоянного положения тела, опора которого совершает различные повороты.

Простой жесткий карданный механизм – шарнир Гука, оси вращения I, II, III, IV этого шарнира пересекаются под углом – в неподвижной точке О центра сферы с радиусом ОВ = ОВ' = ОС = ОС'. В случае, если угол пересечения находится в пределах от 0 до 90°, шарниры В, В', С, С' попарно очерчивают окружность равносильного радиуса в плоскостях, которые перпендикулярны осям I и II, что позволяет создавать передачу вращения с переменным углом α. Механизм такого типа характеризуется неравномерностью скорости вращения ведомого вала, в результате постоянной скорости ведущего вала. Скорость ведомого вала увеличивается с повышением угла α в том случае когда он равняется 90°, передача вращения при помощи карданного механизма делается невозможной.

Двойной карданный механизм используется для необходимости создания равномерного вращения ведомого вала, при этом углы перемещения равны, вилки на валу размещены в одной плоскости. Жесткий карданный механизм может соответствовать углу наклона валов, максимально достигающих 38°.

Упругий карданный механизм используется для угла наклона валов в 3—5°, при этом гибкие компоненты изготавливаются из крепкого эластичного вещества.

В случае, когда двойной карданный механизм неприменим, применяется кардан, разработанный на делении угла между валами с помощью биссекторной плоскости.

Карданный механизм получил широкое распространение в разнообразных устройствах, например в летательных аппаратах, в станках, в автомобилях, сельскохозяйственных машинах, т. е. в том случае, когда работа основана на необходимом перемещении взаимного месторасположения валов, направленных на передачу вращательного движения.

Каретка

Название произошло от итальянского слова carretta, переводящегося как «тележка». Определяется как узел устройства или машины, который выполняет функцию переноса ряда деталей, для перемещения устанавливается на направляющих, а также может устанавливаться в подшипнике для произведения вращения в нем.

Каретка велосипеда также получила название кареточного узла, является подшипниковым узлом, который создает вращение шатунов с педалями и ведущими звездами в зависимости от рамы велосипеда. Выполняет функцию передачи крутящего момента от педалей к колесу велосипеда с наименьшими потерями. Подшипники каретки необходимо хорошо защитить от попадания грязи и воды, так как каретка устанавливается в нижней части рамы за передним колесом.

Каретки подразделяются на открытые и закрытые, называемые картриджами или капсулами. Открытые каретки имеют ввинчиваемые чашки с подшипниками в кареточной трубе рамы, при этом вал вращается в подшипниках. Для этого типа кареток большое значение имеет точный размер созданной рамы, в противном случае возможны перекосы и недостаточная защищенность относительно факторов воздействия окружающей среды. Картриджи характеризуются наличием жесткого корпуса, в который помещаются подшипники, устанавливаемого в велосипедную раму, что позволяет исключить перекос подшипников и не прибегать к регулировке каретки. В картридже устанавливается также удобное уплотнение вала. Картриджи могут быть как неразборными, основная часть используемых картриджей, так и разборными.

Каретка для современного велосипеда достаточно часто создается в виде неразборного узла, не подлежащего обслуживанию, т. е. в качестве картриджа, поэтому при неисправности, например заедания или люфта, каретка подлежит замене на новое устройство. Дешевые модели велосипедов оснащаются разборной кареткой, обеспечиваемой шариковыми подшипниками, каретка может регулироваться при люфте, усиленной затяжке подшипников. Также разработаны разборные каретки с двумя подшипниками с каждой стороны, игольчатый и шариковый подшипники, где шариковый служит фиксатором. Созданы модули кареток, которые оснащаются шатунами.

Каждый тип каретки обеспечивается своим стандартом на шаг резьбы, благодаря которому каретка устанавливается, т. е. ввинчивается в кареточный узел рамы. Резьба подразделяется на дюймовую и метрическую. Каретки изготавливаются различной ширины, которая должна совпадать с шириной рамы велосипеда, с разной длиной оси, при выборе необходимо рассмотреть достаточность удаления шатунов от рамы и возможность перевода переднего переключателя на самую маленькую звездочку, при этом исключается упирание в раму. На корпусе неразборных кареток наносятся ее размеры. В каретке применяются шатуны двух образцов: шлицевого образца и так называемого квадратного образца.

На каретках с шатуном шлицевого образца ось изготавливается с круглым сечением, концы осей оснащаются 8 выступами, при этом ось создается пустотелой, что значительно облегчает каретку. Полыми болтами шатуны фиксируются к каретке. Используются каретки и шатуны такого типа для изготовления велосипедов высокого класса. Также разработаны каретки традиционной конструкции с шатунами шлицевого образца, концы такой каретки обеспечиваются квадратными сечениями, шатун притягивается с помощью винта, вворачиваемого в ось. Каретки с квадратными сечениями на концах оси оснащаются шатуном, притягиваемым к оси при помощи гайки, которая накручивается на ось каретки.

Каретками оснащаются металлорежущие станки, в которых они являются нижней опорной частью суппорта, перемещение каретки осуществляется по направляющим станины, например в токарных станках, по направляющим поперечины в продольно-строгальных и карусельных станках; также каретка может быть частью стола станка, которая движется по направляющим консоли, например в поперечно-строгальных и фрезерных станках. В ткацких станках каретка служит для зевообразования в результате выработки тканей с мелким узором или сложностью переплетений. Каретки включены в конструкцию пишущих машинок, для этого они изготавливаются в качестве рамки с валиком для бумаги. Широко используются стальные каретки, оснащенные металлическими роликами, предназначенные для монтажа в кронштейн направляющих, сочетаются с регулируемыми капсулами. Велосипеды оснащаются каретками, которые представляют собой педальное устройство велосипеда.

Каретки с электроприводом применяются для электрических талей, создавая перемещение подвешенной тали с грузом в горизонтальной ориентированности относительно монорельсового пути. Непосредственно передвижение выполняет электрический привод каретки, таль служит как электротельфер.

Ручная каретка, т. е. без электрического привода, используется для электрических талей для произведения перемещения подвешенной электрической тали с грузом также в горизонтальном направлении относительно монорельсового пути, однако для создания движения необходимо произведение усилия, которое прикладывается непосредственно к тали.

Картер

Название произошло от английского слова carter. Представляет собой недвижимую деталь устройства или механизма, например редуктора, двигателя, в основном коробчатого сечения для опоры и предохранения от загрязнения рабочих элементов. Нижняя часть картера называется поддоном и является контейнером, содержащим смазочное масло.

Кинематическая пара

Кинематическая пара представляет собой совокупность двух тел, при которой форма одного из тел позволяет определить полный ряд последовательных положений, свойственных другому телу. Звеньями называются тела, являющиеся составляющими пары. Кинематическая пара является подвижным сопряжением двух твердых звеньев, на которые ставятся условия связи, ограничивающие их относительное движение.

Произвольное из условий связи ликвидирует одну степень свободы, т. е. устраняя одно из шести самостоятельных относительных перемещений в пространстве. Относительно условий связи кинематические пары подразделяются на пять классов. Число степеней свободы определяется по формуле W = 6 – S. Оставшиеся относительные движения звеньев необходимы для разделения кинематических пар внутри каждого класса. Относительно характера соприкосновения звеньев кинематические пары делятся на низшие, обладающие контактом по поверхностям, и высшие (определяются контактом по линиям или в точках). Высшие кинематические пары допустимы всех пяти классов, имеют много видов. Низшие пары возможны только трех классов и шести видов.

Кинематические пары подразделяются на геометрически замкнутые пары, в которых постоянное соприкосновение поверхностей создается благодаря форме включенных элементов, и незамкнутые пары, созданные таким образом, что замыкание производится при помощи прижимающей силы – силового замыкания. Примером может служить силовое замыкание в кулачковом механизме.

Простые пары определяются как пары, у которых относительное движение одного звена относительно другого соотносится с относительным движением второго звена в соотношении с первым звеном.

Поступательной парой называется пара, в которой одно из тел способно создавать только поступательное движение относительно другого тела.

Примером поступательной пары может служить тело, оснащенное призматическим каналом, в который устанавливается призма.

Вращательной парой является цилиндрическая втулка и установленный в нее шип, который оснащается закраинами, ограничивающими шип и не позволяющими покинуть втулку.

Винтовая пара представляет собой сочетание винта и гайки, при этом шагом является расстояние, находящееся между нарезками винта по ориентированности оси винта.

Поступательная пара рассматривается в качестве винтовой пары с шагом, соответствующим бесконечности.

Вращательная пара определяется как винтовая шагом, равным нулю.

В прямоугольной системе координат может наблюдаться три поступательных движения, происходящих в направлениях трех осей координат, три вращательных – вокруг осей.

Высшие пары определяются как пары, не выполняющие свойство простых пар, например шкив и перекинутый через него ремень, соединение зубчатых колес, полная трехгранная призма, дуговой двухсторонник, эллиптический циркуль и т. д. Движение первого звена в звене второго является обращенным относительно движения второго звена в первом звене.

Условными кинематическими парами считаются подвижные сопряжения с некоторым количеством промежуточных тел качения, например шарикоподшипники и роликоподшипники, промежуточных деформируемых элементов, например безлюфтовые шарниры устройств с плоскими пружинами.

Кинематическая цепь

Кинематическая цепь представляет собой последовательное соединение звеньев в пары. В случае, когда последнее звено соединяется с первым звеном, кинематическая цепь называется замкнутой. Если же последнее звено не соединено с первым звеном, цепь считается открытой. Принудительная кинематическая замкнутая цепь определяется как цепь, имеющая одно звено неподвижное, приобретает определенность движения, которая свойственна механизму. Если в принудительной цепи одно звено задается неподвижным, то считается, что цепь поставлена на этом звене, при этом, если ставить принудительную цепь последовательно на каждое из звеньев, можно создать такое количество механизмов, которое соответствует количеству звеньев в цепи. Принудительной цепью является шарнирная четырехсторонняя фигура, включающая четыре стержня, которые объединены при помощи шарниров, являющихся вращательными парами.

Кинетостатика механизмов

Кинетостатика механизмов представляет собой одну из частей теории динамики машин и механизмов, основанную на методе силового расчета, который позволяет находить реакции элементов кинематических пар механизма при известном законе движения устройства.

При рассмотрении всех сил, которые прикладываются к звеньям механизма, присоединяют силы инерции, используя принцип Д’Аламбера, можно принять весь механизм как единое целое и отдельные его части как находящиеся в состоянии равновесия. Для задания сил, направленных на механизм, используют уравнение статики, составляются системы уравнений для отдельных составляющих механизма. Количество уравнений соответствует количеству неизвестных реакций. Такие системы получили название статически определимых. Проведение силового последовательного расчета механизма кинематических пар начинается с максимально удаленной группы относительно начального звена механизма. Векторное уравнение решается при помощи многоугольника, где реакция находится при помощи векторного уравнения равновесия сил на одном из звеньев. Исследование равновесия начального звена: находят реакцию, уравновешенный момент, который прикладывается к этому звену, для создания установленного закона движения начального звена. Для нахождения силы трения в кинематических парах используется система уравнений с добавочным независимым уравнением. Находятся реакции, затем определяются силы трения в парах, далее расчет производится еще раз с учетом сил трения в качестве внешних сил, которые прикладываются к звеньям, получая при повторном расчете как бы более точные реакции в первом приближении. Расчет также может повторяться, принимая силы трения как определенные. Для расчета многозвенных пространственных устройств используется такой же метод, при этом решение становится достаточно большим.

Кинетостатика механизмов широко используется при проведении проектировочных работ новых машин, направленных на точный расчет прочности создаваемых технических устройств.

Ковш (в технике)

Один из вариантов технического ковша представляет собой стальной или чугунный сосуд, вместимость которого определяется 480 т, внутренняя часть ковша обкладывается огнеупорным кирпичом. Используется для произведения транспортировки, разливки расплавленного металла, шлака, штейна, а также для хранения не на длительное время расплавленного металла, шлака, штейна.

Второй вариант ковша является ковшом, который устанавливается на землеройную, подъемно-транспортную машину, выполняя функцию рабочего органа для произведения захвата и отделения доли материала от общего его количества для произведения перемещения этой доли к зоне разгрузки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал представляет собой деталь сложной конфигурации или узел деталей, характерный для составного вала, оснащается консолями для фиксирования шатунов, служащих для передачи плоско-поступательного движения коленчатому валу, который трансформирует это движение во вращательное, передавая вращение трансмиссии и приводным приспособлениям. Коленчатый вал является составным элементом кривошипно-шатунного механизма.

Конструкция коленчатого вала представляет собой относительно нежесткую деталь, на которую приходятся достаточно большие изменчивые нагрузки, во время работы на него действуют силы кручения и он подвергается изгибу. Коленчатый вал состоит из: коренных шеек; шатунных шеек; щеки; передней выходной части вала – носка; задней выходной части вала – хвостовика; противовесов. Коренные шейки являются опорами вала, которые находятся в коренных подшипниках, установленных в картере двигателя. Шатунные шейки – опоры вала, направленные на соединение с шатунами. Щечки выполняют функцию соединения коренных и шатунных шеек. Передняя выходная часть вала определяется как часть для крепления шестерни или шкива отбора мощности для привода газораспределительного устройства и всевозможных дополнительных участков, систем и приспособлений. Задняя выходная часть вала служит для объединения с маховиком или массивной шестерней отбора ключевого количества мощности. Противовесы предназначены для создания разгрузки коренных подшипников относительно центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижнего компонента шатуна.

Коленчатый вал производится из стали, характеризуемой упрочением токами высокой частоты или азотированием, а также из высокопрочного чугуна. Противовес создается как единое целое с коленчатым валом, в противном случае противовесы напрессовываются на вал. Коленчатый вал устанавливается таким образом, чтобы опираться коренными шейками на коренные опоры картера двигателя, шатунные шейки фиксируются вместе с нижними головками шатунов. Коренные и шатунные шейки присоединяются при помощи щечек, которые организуют кривошипы вала. Неуравновешенные массы образуют центробежные силы на подшипниках вала, для их разгрузки предназначены противовесы. В передней части вала предусмотрен сальник для уплотнения, при этом держателем сальника является корпус масляного насоса. Передняя часть вала оснащается зубчатым шкивом привода топливного насоса высокого давления и распределительного механизма двигателя и шкивом ременной передачи для привода генератора, водяного насоса и различных устройств и систем автомобиля. Сальником обеспечивается и задний конец вала, этот сальник фиксируется при помощи специального держателя. На задней стороне коленчатого вала имеется фланец, предназначенный для крепления диска привода, что характерно для моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач, или маховика.

Для произведения ремонтных работ коленчатого вала необходимо перешлифовать коренные, шатунные шейки относительно следующего ремонтного размера. После проведения ремонтных работ коленчатый вал должен устанавливаться с маховиком и сцеплением, которые имелись до ремонта, при этом в обязательном порядке производится балансировка коленчатого вала со сцеплением. В случае дисбаланса создаются углубления в маховике посредством высверливания.

Коленчатые валы двигателя относительно диаметра коренных и шатунных шеек делятся на классы, при этом деление на классы является индивидуальной для каждого двигателя. Точность диаметральных габаритов коренных и шатунных шеек варьируется относительно 1—2 классов, при этом чистота поверхности определяется 8—10 классами и выше; допускаются отклонения на овальность и конусность, которые для автомобильных двигателей соответствуют отрезку от 0,010 до 0,005 мм. Расхождение в параллельности осей коренных и шатунных шеек не превышает 0,01 мм по всей длине каждой шатунной шейки; радиус кривошипа может иметь допуски в 0,05—0,15 мм. Если отклонения радиусов кривошипов и угловых развала слишком велики, то образуется неравномерная степень сжатия в разных цилиндрах и относительно сдвига фаз распределения, что неблагоприятно отражается на работе двигателей. Для подшипников скольжения коленчатые валы должны обладать высокими требованиями к поверхности шеек, усиленной износостойкостью и усталостной прочностью. Маркировка должна наноситься на передней щечке вала, верхние цифры соответствуют классам шатунных шеек с первой по шестую, при рассмотрении поочередно слева направо, нижние цифры являются классами коренных шеек с первой по седьмую слева направо.

Также маркировка может задаваться с номинальным значением диаметра, с диаметрами ремонтного размера с установленным снижением. Коленчатый вал отслеживается по 80—90 позициям, например размер, форма, относительное положение контролируемых поверхностей вала, параллельность оси шеек, положение шатунных шеек относительно коренных, угловое положение шатунных шеек относительно друг к другу, угловое положение шпоночной канавки относительно кривошипов, положение торца фланца относительно оси коренных шеек и др.

Для трудоемкого и непростого процесса контроля используются специальные многомерные индикаторные, пневматические, электронные измерительные приспособления.

Стальные коленчатые валы среднего размера, предназначенные для крупносерийного и массового производства, создаются с помощью ковки в закрытых штампах на молотах и прессах, весь процесс изготовления заготовки реализуется несколькими операциями. Производится предварительная и окончательная ковка в штампах, а далее переходят к обрезке облоя с помощью обрезного пресса, к горячей правке в штампе под молотом.

При создании заготовки коленчатого вала большое внимание уделяется расположению волокон материала, для того чтобы исключить возможность перерезания материала на дальнейших этапах механической обработки, поэтому широкое использование получили штампы, оснащенные специальными гибочными ручьями. Пройдя штамповку, коленчатые валы подвергаются термообработке, нормализации, очистке от окалины при помощи травления или обработке с помощью дробеметной машины. На механическую обработку шеек допускаются припуски в 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок определяется 8—9 классом. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов для автомобильного коленчатого вала составляет менее 1,5—1 мм, смещение от сдвига штампов разрешается не более 2 мм.

Литые заготовки коленчатых валов производятся из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для изготовления применяется способ прецизионного литья, т. е. в оболочковых формах, произведенные этим способом валы отличаются по сравнению со штампованными валами рядом положительных качеств, например высоким коэффициентом применения металла. Литые заготовки отличаются наличием внутренних полостей, которые образуются в результате отливки.

Припуск на обработку должен быть менее 2,5 мм на сторону отклонения, соответствующего 5—8 классу точности. Снижение колебания припуска и начальной неуравновешенности способствует лучшему качеству при эксплуатации.

Отлив в оболочковых формах осуществляется в горизонтальном положении: в случае, когда в одной форме необходимо произвести отлив двух валов, заливка металла создается с помощью общего литника.

Правка валов создается как следующий шаг после нормализации в горячем состоянии в штампе, на прессе после извлечения из печи, не прибегая к повторному подогреву.

Механическая обработка: главными базами для коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. К сожалению, они не могут использоваться как технологические на всех шагах обработки, поэтому иногда технологическими базами становятся поверхности центровых отверстий. Небольшая жесткость вала для некоторых этапов обработки, производимых в центре, заставляет создавать вспомогательные базы, которыми являются наружные поверхности предварительно обработанных шеек. Для обработки шатунных шеек, по техническим условиям обязанных иметь угловую координацию, выбирается опорная технологическая база в виде специально фрезерованной площадки на щеках. В результате действия сил резания возникает деформация коленчатого вала, поэтому необходимо произвести достаточно большое количество раз, примерно от 3 до 9, правку коленчатого вала с помощью пресса. Однако правка способна образовать внутренние напряжения, приводящие к последующей деформации вала, что также является нежелательным воздействием. Технологические опорные базы представляются в качестве фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала и обрабатываются до и после предварительной обработки.

Также необходимо произвести токарную обработку коренных и шатунных шеек, коренные шейки обрабатываются на обычных токарных станках, затем они берутся как технологические базы для обработки шатунных шеек и остальных поверхностей. Обработку коренных шеек многоколенных валов осуществляют специализированными станками, оснащенными центральным или двусторонним приводом для снижения скручивающего и изгибающего моментов.

Затем производится отделка смазочных каналов и внутренних плоскостей, далее необходимо отшлифовать шейки коленчатого вала. Балансировка при массовом производстве создается при помощи автоматических балансировочных станков или автоматических линий. Необходимо проанализировать диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину шатунных и коренных шеек, дистанцию от базового торца, радиус кривошипа, биение шеек и торца фланца по отношению к крайним коренным шейкам, взаимное отношение коренных и шатунных шеек относительно длины и расстояния от базового торца, угловое расположение кривошипов, местонахождение установочного отверстия и шпоночной канавки по отношению к коренным и шатунным шейкам. Также производится обкатка крупных коленчатых валов. Специальные токарные станки с неподвижным валом применяются для обкатки шатунных шеек.

Колесо

Колесо – простейшее устройство (в основном), предназначенное для обеспечения вращательного или поступательного движения какого-либо механизма, транспортного средства и др. Колесо было одним из первых изобретений человечества и широко применялось с глубокой древности для оборудования различных повозок, телег, карет, а также боевых колесниц и боевых орудий. Практически от колеса, его многочисленных разновидностей шло прогрессирующее развитие транспортной и иной техники, начиная с велосипеда и кончая современными мощными транспортными машинами, летательными аппаратами всех видов и типов, станками, подъемным шахтным оборудованием. С развитием техники происходила и модернизация колеса, применяемого в различных механизмах в виде зубчатого колеса с внешними и внутренними зубьями. Простейшее колесо элементарной повозки или телеги состоит из ступицы (или диска), спиц и обода, укрепленного бандажной лентой. Самое сложное колесо имеют летательные аппараты – самолеты, вертолеты, причем устройство колеса и его крепление на шасси зависит от веса летательного аппарата. Кроме того, шасси самолета, на котором крепится одно или несколько колес, различаются в зависимости от числа и расположения опор: трехопорные с передней стойкой, трехопорные с задней стойкой и двухопорные. В самом простом варианте колесо устанавливается на рычаге и опирается через амортизатор на звено, соединенное с корпусом самолета. Колеса самолета имеют массивные шины-покрышки, защищающие его от значительных нагрузок, особенно при выполнении посадки на бетонные взлетно-посадочные полосы аэродромов. В другом варианте колесо закрепляется непосредственно на одном из звеньев амортизатора самолета. Самые сложные по конструкции колеса устанавливаются на шасси тяжелых транспортных самолетов. Сравнительно простое устройство имеют колеса тракторные и автомобильные, устанавливаемые на осях мостов – передних и задних или подвесок легковых автомобилей. Таким образом, колесо имеет самое широкое применение, начиная от часовых механизмов, кончая самыми современными летательными аппаратами. Среди колес, имеющих сложную конструкцию, выделяются так называемые шевронные цилиндрические зубчатые колеса (или просто шевронное зубчатое колесо). Такое колесо представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями; применяют его в шевронной цилиндрической передаче. Также широко применяются такие разновидности колеса, как шкивы – колеса с широким ободом, имеющим выемки для фиксирования троса (или ремня, или каната, или цепи) какого-либо подъемного механизма или редуктора.

Компенсатор

Компенсатор (от лат. compenso – «возмещаю», «уравновешиваю») – устройство для возмещения или уравновешивания влияния различных факторов на состояние и работу машины или механизма. К компенсаторам относятся, например, компенсирующие шарнирные механизмы, применяемые:

  1) в железнодорожном транспорте для передачи движения на приводные колеса при значительных изменениях межосевого расстояния между приводным устройством и колесом;

  2) для восприятия реактивного момента в механизме вращения (поворота) кранов, для осуществления «плавающей» подвески центральных колес планетарных механизмов, корпусов различного рода машин.

Компенсаторы также широко используются в различных измерительных приборах. В этом случае компенсатор представляет собой измерительный прибор, основанный на методе компенсации. В зависимости от характера измеряемых величин различают компенсаторы постоянного напряжения и компенсаторы переменного напряжения. При данном способе измеряемый объект почти не нагружается; в уравновешенном состоянии в измерительной цепи ток отсутствует, т. е. она не потребляет мощности. Таким образом, в процессе измерения измеряемая цепь не потребляет энергии от измеряемого объекта и не оказывает на него искажающего измеряемую величину воздействия, чем обеспечивается высокая точность измерений. На результат измерения оказывают влияние только напряжения и сопротивления. В связи с тем, что в схемах компенсатора используются высокоточные нормальные элементы и измерительные сопротивления, а также отсутствует потребление мощности от измеряемого объекта, на основе компенсатора удается создавать наиболее высокоточные электроизмерительные устройства.

Во многих приборах используется компенсатор самоуравновешивающийся – компенсатор с автоматическим процессом уравновешивания.

Чтобы метод компенсации сделать пригодным для измерительной техники, применяемой в производственных условиях, в приборах, основанных на этом методе, для достижения равенства измеряемого и компенсирующего напряжений используется регулирующая схема, например автокомпенсатор, компенсатор с генератором. В измерительной технике существует понятие компенсации магнитного поля Земли – конструктивный способ устранения влияния внешнего постоянного магнитного поля на измерительный прибор.

Компенсация

Компенсация сборочная является объединением действий, направленных на произведение сборки машины, частей машины, которые позволяют возместить погрешности взаимного месторасположения поверхностей, размеров, конфигураций деталей, созданные при обработке, предварительной сборке, определяемые как неприемлемые для должного качества работы и внешнего состояния машины.

Компенсацию сборочную необходимо производить во время сборки, в некоторых случаях компенсация создается отдельно от машины, например в соседнем помещении или на другом участке. Компенсация осуществляется благодаря специальным приспособлениям, называемым компенсаторами, также компенсация может создаваться относительно специфических характеристик деталей машины.

В виде компенсации рассматривается сортировка деталей относительно присущих им размеров или конфигураций, процесс подбирания деталей, регулировка их местоположения, индивидуальная подгонка детали с помощью разнообразных методов обработки для достижения нужного свойства детали. Компенсация не требуется для производства, основанного на полной взаимозаменяемости деталей и агрегатов.

Конвейер

Конвейер (англ. conveyer от convey – «перевозить») – машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. Конвейеры широко применяются в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России и имеют различное устройство. Конвейеры подразделяются на:

  1) пластинчатые;

  2) роликовые;

  3) скребковые;

  4) толкающие;

  5) шаговые;

  6) эстафетные.

Пластинчатый конвейер – конвейер, грузонесущее устройство которого состоит из отдельных пластин, прикрепленных к замкнутой тяговой цепи.

Конвейер роликовый – или рольганг (от нем. Rollgang, Rolle – «ролик», «каток» и Gang – «ход») – устройство для транспортирования штучных грузов по роликам, размещенным на небольшом расстоянии один от другого на опорной станине. Такие конвейеры широко применяются в металлургических производствах на прокатных станах, а также в машиностроительных на автоматических линиях.

Скребковый конвейер – устройство для транспортирования груза скребками (волоком) по желобу или трубе.

Толкающий конвейер – устройство, перемещающее изделия путем периодического проталкивания их по направляющим. Направляющие выполняют в виде лотка или роликов, при этом толкатель располагается в прорези лотка или подводится сбоку. При рабочем ходе толкатель воздействует на изделие, а при холостом – опускается ниже уровня направляющих. (Примечание: толкатель – звено кулачкового механизма, взаимодействующее с рабочей поверхностью кулачка и совершающее поступательное движение; различают толкатели с острым, плоским и грибовидным наконечником, наиболее распространены роликовые толкатели, у которых ролик установлен на конце толкателя для уменьшения трения между толкателем и кулачком.)

Шаговый конвейер – устройство, служащее для перемещения изделий путем их периодического перекладывания на направляющих. У такого конвейера две направляющие, из которых первая выполнена в виде двух параллельно распложенных полозьев, между которыми размещена другая направляющая, подвешенная с помощью механизма параллельных прямых – спаренного параллелограмма, что обеспечивает ее поступательное перемещение. При движении вперед направляющая поднимается и перемещает груз по конвейеру вперед, в то время как вторая направляющая опускается и движется назад. Затем роли направляющих меняются, и груз (т. е. изделие) перемещается другой направляющей. Движения направляющих шагового конвейера согласованы благодаря приводу от общего вала двигателя (электрического или внутреннего сгорания).

Эстафетный конвейер – транспортирующее устройство, в котором груз перемещается путем захвата его с помощью одного механизма, передачи груза (или какого-либо изделия) другому механизму, захвата груза (или изделия) этим другим механизмом и последующей передачи третьему механизму и т. д.

На данном конвейере механизм захвата и перемещения груза (или изделия) выполняется в виде незамкнутой кинематической цепи с упругими приводными кинематическими парами.

Такой механизм используют, в частности, для перемещения каких-либо изделий в вакуумной среде; в нем имеются трубки упругие, в которые подается воздух; губки, захватывающие изделия, и стержень с упругими элементами захвата.

Управляют описанным механизмом эстафетного конвейера с помощью пневмораспределителей, приводимых в действие от кулачкового вала, соединенного с валом электродвигателя.

Кондуктор

Кондуктор – приспособление, предназначенное для обработки отверстий на вертикальных одношпиндельных, радиально-сверлильных и многошпиндельных станках. В машиностроительных производствах России применяются различного типа кондукторы:

  1) накладные;

  2) стационарные;

  3) поворотные;

  4) опрокидываемые;

  5) скальчатые.

Накладные кондукторы – наиболее простые по конструкции и наиболее дешевые приспособления для сверлильных станков. Накладными их называют потому, что их надевают (т. е. накладывают) на обрабатываемую деталь, а после обработки отверстий снимают. К обрабатываемой детали такой кондуктор крепится откидной шайбой и гайкой. Для сверления отверстия, расположенного на наружной цилиндрической поверхности детали, имеется установочная площадка на корпусе кондуктора, перпендикулярная оси кондукторной втулки.

Стационарный кондуктор – приспособление, в котором нет поворотных частей для перемещения обрабатываемой детали в различное положение относительно режущего инструмента. Стационарные кондукторы разделяются на специальные и универсальные. Специальные стационарные кондукторы применяют для обработки отверстий в деталях одного или нескольких типов, схожих по форме и размерам, в крупносерийном и массовом производствах. Универсальные стационарные кондукторы применяют при групповой обработке деталей, закрепленных за определенным станком, в серийном и мелкосерийном производствах.

Поворотный кондуктор с одной втулкой состоит из корпуса, к которому прикреплена кондукторная втулка; пальца; делительного диска. Обрабатываемая деталь надевается на палец и закрепляется на нем гайкой с быстросъемной шайбой. Делительный диск такого кондуктора служит для определения рабочего положения детали относительно кондукторной втулки, а пружинный фиксатор (этого же кондуктора) – для закрепления ее в этом положении.

Опрокидываемый кондуктор применяют в тех случаях, когда в одной детали необходимо обработать несколько отверстий, расположенных под некоторым углом друг к другу. Корпус данного кондуктора выполняется в виде шестигранной призмы. Обрабатываемая деталь надевается на правый цилиндрический конец фиксатора и поджимается втулкой при вращении винта, пропущенного через откидной кронштейн. При сверлении первого отверстия детали через втулку кондуктор устанавливается на столе станка поверхностями «А», а при обработке второго отверстия кондуктор поворачивают на 120° и устанавливают на стол станка поверхностями «Б». При сверлении третьего отверстия кондуктор (этот же) устанавливается на стол станка поверхностями «В».

Скальчатые кондукторы широко используются при обработке различных деталей на сверлильных станках. Машиностроительные предприятия России выпускают кондукторы скальчатые трех видов: консольные с пневматическим закреплением; портальные с пневматическим закреплением; портальные с конусным зажимом. В конструкцию любого скальчатого кондуктора входят постоянные и сменные узлы (наладки). Постоянными узлами и деталями являются: корпус, две или три «скалки», несущие кондукторную плиту; механизм для перемещения скалок и закрепления обрабатываемых деталей. Устройство и принцип действия скальчатого кондуктора несложны. На основании кондуктора крепят сменную наладку, на которой устанавливают обрабатываемую деталь. Одно целое с основанием составляют стойки, в отверстия которых входят скалки, присоединенные к сменной кондукторной плите. В тех случаях, когда закрепление детали должно быть произведено в направлении, перпендикулярном сверлению, применяют скальчатые кондукторы консольного типа.

Портальный скальчатый кондуктор имеет две отдельные стойки. Расстояние между ними можно изменить, для чего основание, на котором устанавливают наладку для крепления детали, делают выдвижным. В нужном положении основание кондуктора закрепляют поворотом рукоятки. Пневматический скальчатый кондуктор имеет корпус, в который встроен цилиндр, где перемещается поршень со штоком, заменяющим собой одну из трех скалок. На скалках установлена плита, в которой непосредственно или в прикрепляемой к ней сменной плите монтируются кондукторные втулки. Сменная подставка для установки обрабатываемой детали базируется по плоскости корпуса и двум установочным штифтам. Сменная кондукторная плита базируется по нижней плоскости плиты и двум установочным штифтам. Сжатый воздух поступает в цилиндр кондуктора через штуцер. Скальчатый кондуктор относится к группе универсально-наладочных приспособлений.

Копр

Металлический агрегат, используемый для создания фиксации сваи перед забивкой, для установления свайного молота на свае, для установки направления забивки и удаления забитых свай.

Копровый агрегат включает поворотную или неповоротную платформу, установленную на шасси или опорах, оснащается установка противовесом, кабиной с приборами управления, моторным отсеком, мачтой, называемой копер. Установка мачты осуществляется шарнирным способом и фиксируется к платформе при помощи опорной секции, предусмотрены гидроцилиндры для задания угла наклона, верхняя часть мачты оснащается наголовником и грузовыми блоками для установки сваи и молота, для создания их подъема и опускания.

Относительно типа рабочего оборудования копры делятся на простые, полууниверсальные, универсальные, специализированные. Копры создаются с наклоняемой и ненаклоняемой мачтой.

Простые копры фиксируются на неповоротной платформе, к платформе также прикрепляется мачта. Мачта крепится жестко, и угол наклона мачты не подлежит регулировке для этого типа устройств.

Полууниверсальные копры устанавливаются на поворотную платформу с ненаклоняемой мачтой и на неповоротную платформу с наклоняемой мачтой.

Универсальные копры фиксируются на поворотной платформе и оснащаются мачтой с переменным углом наклона, с регулируемым вылетом, с самоходным шасси.

Специализированные копры представляют собой различные комбинации простых, полууниверсальных, универсальных копров, обеспечиваются вспомогательными потенциалами для произведения работ определенной направленности.

Ненаклоняемая мачта применяется для работ, направленных на забивание вертикальных свай, наклоняемые мачты предназначны для создания погружения вертикальных и наклонных свай, шунтов, оболочек.

Относительно типа ходового оборудования копровые устройства различаются по условиям области использования. Катки и рельсоколесный ход применяются для тяжелого оборудования, установленного на одном месте. Пневмоколесный ход используется достаточно редко, так как перемещение оборудования производится на небольшое расстояние, при этом эксплуатация возможна только на сильных опорных поверхностях. Гусеничный ход широко используется для копровых гусеничных агрегатов, применяемых в строительстве, изготавливаются большой массой, с высокой степенью подвижности, не так требовательны к качеству опорной поверхности и гладкости рабочей площади.

Относительно уровня мобильности можно сказать, что передвижные копровые агрегаты, получившие название буксируемых, изготавливаются без наличия личного привода ходового оборудования, устанавливаются на шасси машин различного типа. Самоходные копровые агрегаты перемещаются самостоятельно на дистанции, устанавливаемые для разнообразного ходового оборудования отдельным образом. Рельсоколесные машины считаются обладающими минимальной мобильностью, так как двигаются по периметру рабочей площадки. Гусеничные агрегаты обладают большей мобильностью, совершают движение в пределах нескольких километров. Наиболее мобильными являются пневмоколесные копры, которые не ограничиваются в расстояниях перемещения.

В зависимости от вида привода механический привод отличается простотой, надежностью, монтаж может производиться на месте. Отрицательными характеристиками считаются неудобство, приложение достаточно значительных усилий для создания движения рычагами управления, высокая трудоемкость, довольно частое техническое обслуживание, неэкологичное устройство в связи с использованием большого количества смазочных веществ.

Электрический привод, в основном автоматизированный, является удобным при эксплуатации, простым, надежным и экологически пригодным. Недостаток – возможность поражения электрическим током, ремонт нельзя произвести на месте, для обслуживания необходим квалифицированный персонал.

Гидравлический привод определяется как удобный при эксплуатации, надежный, безопасный для управления персоналом, который можно без затруднений автоматизировать. Недостаток – экологически небезопасен, ремонтные работы не производятся на месте.

Пневматический привод – удобный в управлении, автоматизируется, простой, надежный, ремонтируется на месте, не опасен для персонала, обладает, по сравнению с гидравлическим, большей экологической безопасностью. Недостатки – очень массивное устройство с наличием компрессорного оборудования повышенного шума, исполнительные устройства больших размеров.

Комбинированные приводы используются как вариант сочетания приводов различного вида, исключающих их недостатки. Электромеханические приводы являются сочетанием электродвигателя и механического редуктора, которые устанавливаются на приводном рабочем аппарате, при этом механическая энергия не передается вращающимися валами, цепями и т. д. на значительные расстояния. Электрогидравлические приводы, пневмогидравлические приводы представляют собой в основном гидравлические приводы, при этом передача управляющих сигналов производится с помощью электрического тока и сжатого воздуха соответственно.

Коробка подач

Коробка подач – механизм, являющийся важной составной частью токарно-винторезных станков, предназначен для передачи вращения от шпинделя станка к ходовому валу (или ходовому винту), служит для изменения скорости движения, подачи суппорта (т. е. величины подачи). Вращательное движение к коробке подач передается от шпинделя токарно-винторезного станка через специальный реверсивный механизм (так называемый трензель) и гитару со сменными губчатыми колесами. Такая схема коробки подач применялась в токарно-винторезных станках, выпускавшихся на советских предприятиях в 70—80-х гг. ХХ в. (которые в настоящее время находятся в эксплуатации на некоторых предприятиях промышленнохозяйственного комплекса России). Коробка подач на указанных станках размещалась в левой части станка под передней бабкой. Коробка подач токарно-винторезного станка обеспечивает подачу и необходимый шаг резьбы при нарезании. Внутри коробки подач находится механизм передачи вращения от гитары станка к ходовому валу (или ходовому винту).

Важной составной частью коробки подач является множительный механизм с зубчатыми колесами (с числом зубьев – 18; 28; 15; 30; 45; 48) и специальной муфтой. Вращение множительного механизма коробки подач передается на вал механизма передачи движения, далее на ходовой вал (или ходовой винт), на котором установлены зубчатые колеса с числом зубьев 28; 28; 56; 56. В коробке подач имеются еще две муфты, из которых вторая – обгонная.

Коробка скоростей

Коробка скоростей – механизм, являющийся важной составной частью токарно-винторезного станка, предназначается для передачи вращения от электродвигателя к шпинделю, в котором крепится обрабатываемая заготовка (или деталь).

Коробка скоростей размещается внутри так называемой передней бабки станка, представляющей собой литую чугунную коробку больших размеров, внутри которой находится также шпиндель – в виде полого вала.

Коробка скоростей состоит из зубчатых колес, валов и других элементов, служит для приведения шпинделя во вращение, а также для изменения его частоты вращения внутри чугунного литого корпуса передней бабки.

Принцип работы коробки скоростей одинаков во всех конструкциях токарно-винторезных станков вплоть до станков нового поколения с числовым программным управлением.

Коромыслово-кулисный механизм

Коромыслово-кулисный механизм – рычажный четрехзвенный механизм, в состав которого входят коромысло и кулиса. Этот механизм служит для преобразования качательного движения входного звена (коромысла или кулисы). Коромысло и кулиса взаимодействуют посредством шатуна. Особенностью коромыслово-кулисного механизма является возможность размещения осей симметрии зон качания входного и выходного звеньев под углом, близким или равным 60°. Коромыслово-кулисный механизм применяется в некоторых станочных автоматических линиях машиностроительных производств.

Кран-укосина

Кран-укосина – подъемный механизм, имеющий небольшие (сравнительно) размеры, предназначен для подъема крупногабаритных деталей различных машин или оборудования с одновременным перемещением на расстояние, равное длине его верхнего рычага – балки. Кран-укосина имеет простое устройство: стойку-опору, вокруг которой вращается укосина в виде рычага-балки. По рычагу-балке перемещается при помощи лебедки колесошкив, через которое потянут трос с чашками-крюками на конце для подъема груза и его перемещения. Лебедка приводится в действие от небольшого электродвигателя, размещенного в верхней части крана-укосины. Кран-укосина обычно устанавливается на ремонтных участках цехов.

Кривошип

Кривошип – вращающееся звено шарнирного или рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси. Конструктивно кривошип выполняют в виде детали с двумя отверстиями, или цапфами – элементами вращательных цилиндрических пар. Одна из пар в плоском механизме может быть сферической для компенсации перекосов осей звеньев. В пространственном механизме пару, в состав которой входят два подвижных звена, обычно выполняют сферической. Кривошип конструктивно совмещают с маховиком или колесом, а также выполняют в виде эксцентрика или коленчатого вала.

Кривошипно-коромысловый механизм

Кривошипно-коромысловый механизм выполняется в виде четырехзвенного механизма, в состав которого входят кривошип и коромысло. Данный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа АВ в качательное движение коромысла СД или наоборот – качательного движения коромысла во вращательное движение кривошипа. Кривошип АВ соединен с коромыслом СД посредством шатуна ВС. Функция положения кривошипно-коромыслового механизма связывает угол качания коромысла ψ с углом поворота кривошипа φ.

За один оборот кривошипа коромысло поворачивается на угол ψ0 в одну сторону и на такой же угол в другую сторону. При качании коромысла от одного крайнего положения до другого кривошип поворачивается на угол φ0 ≠ 180°. Обычно размеры звеньев указанного механизма подобраны таким образом, что за половину оборота кривошипа φ0Z коромысло совершает полное качание φ0Z в одну сторону. Функция положения кривошипно-коромыслового механизма имеет симметричный вид. Кривошипно-коромысловые механизмы широко используются на нефтепромыслах в виде качающих нефть устройств (над скважинами).

Кривошипно-ползунный механизм

Кривошипно-ползунный механизм представляет собой рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и ползун. Данный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна или, наоборот, возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение кривошипа. Кривошипно-ползунный механизм имеет звенья: кривошип АВ, шатун ВС, ползун, шарнирно соединенный с шатуном в точке С, и неподвижную направляющую ползуна. Условия функционирования такого механизма выражаются отношениями: АВ ≤ ВС, е < ВС – АВ (е – расстояние). В общем виде направляющая механизма отстоит от опоры А на расстоянии е. В некоторых случаях ось ее проходит через центр опоры А, т. е. е = 0.

Центры шарниров кривошипа и шатуна располагаются на одной линии. Кривошип при движении ползуна вправо поворачивается на угол → φ0 – 180°. Углы поворота кривошипа при движении ползуна в одну и другую сторону одинаковы.

Перемещение S точки С в зависимости от угла поворота кривошипа характеризуется функцией положения механизма. Полный ход в одну сторону обозначен S0. Передаточная функция имеет симметричный вид при е = 0. Асимметричную функцию при е ≠ 0 получают, когда требуется, например, обеспечить медленное движение ползуна в одну сторону и быстрое – в другую. Кривошипно-ползунный механизм используют очень широко в двигателях внутреннего сгорания, гидроподъемных машинах, прессах и других устройствах.

Кронштейн

Кронштейн – относительно простое устройство, предназначенное для фиксирования какого-либо инструмента, детали, прибора (в том числе санитарнотехнических приборов в жилых домах и производственных зданиях, учреждениях и др.).

Кронштейны (верхний и нижний) установлены, например, в опиловочных станках модели 873. В этом станке напильник проводят через отверстие стола и отверстие обрабатываемой детали и хвостовую часть закрепляют в патроне, расположенном в верхнем кронштейне. Второй конец напильника вводят в патрон нижнего кронштейна. Расстояние между верхним и нижним кронштейнами регулируют перемещением верхнего кронштейна по штоку и фиксируют зажимными гайками. Кронштейн имеется также в штативе – установочном устройстве, в котором закрепляется измерительная головка, но не устанавливается измеряемая деталь. В данном случае на колонке штатива устанавливается кронштейн, который может перемещаться по ней вверх-вниз и вращаться в любом направлении. Сквозь кронштейн проходит штанга с присоединительным отверстием для измерительной головки, кроме того, штанга штатива может перемещаться в этом кронштейне вдоль своей оси на разную величину вылета. Кронштейн имеется также в таком смежном приборе, как большой инструментальный микроскоп (БМИ). В указанном приборе контур рассматриваемой детали фокусируется перемещением кронштейна по вертикальным направляющим колонки. Кронштейны практически повсеместно используются для крепления трубопроводов и санитарно-технических приборов (в том числе мойки типа МСК и МСУ) в различных зданиях. При установке кронштейнов под трубопроводы обычно используют монтажный поршневой пистолет ПЦ52-1 или сверлильные машины, при этом закрепляют их дюбелями.

Кулачковый вал

Кулачковый вал – металлический стальной стержень, имеющий утолщения в виде кулачка различной формы. На таких валах чаще всего выполняют кулачки, имеющие определенный эксцентриситет, т. е. кулачки являются эксцентриками. Кулачковый вал с эксцентриками (кулачками) широко применяется в гидрораспределителях, где за один оборот данного вала каждый из поршней механизма гидрораспределителя совершает по восемь циклов возвратно-поступательного движения. Примечание: гидрораспределитель (или пневмораспределитель) представляет собой гидроаппарат (пневмоаппарат), предназначенный для изменения направления потока рабочей среды в двух или более гидролиниях (трубах, рукавах, шлангах, каналах) в зависимости от внешнего управляющего воздействия.

Кулачковый механизм

Кулачковый механизм – механизм, в состав которого входит кулачок. В различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России широко применяются кулачковые механизмы в разных вариантах.

Вариант первый: в механизме кулачок имеет рабочую поверхность переменной кривизны и образует с взаимодействующим с ним звеном высшую пару. Задавая соответствующий профиль кулачку, можно очень легко получить любой закон движения взаимодействующего звена. В этом существенная особенность кулачкового механизма.

Вариант второй: кулачковый механизм используется для преобразования вращательного движения кулачка в качательное движение коромысла или в поступательное движение толкателя в третьем варианте.

Вариант четвертый: кулачковый механизм применяется для того, чтобы поступательное движение кулачка преобразовать в качательное движение коромысла.

Вариант пятый: кулачковый механизм осуществляет преобразование поступательного движения кулачка в поступательное движение толкателя. Толкатель или коромысло может непосредственно контактировать с кулачком (в кулачковом механизме) и иметь при этом криволинейный участок (первый вариант), заостренный наконечник (второй вариант) или плоскую рабочую поверхность (третий вариант), а может также иметь на конце ролик (четвертый вариант), что позволяет уменьшить потери энергии на трение в кулачковом механизме. Кулачковый механизм бывает плоским или пространственным, причем во многих вариантах (более 20). В первом случае (плоский кулачковый механизм) точка кулачка и взаимодействующего с ним звена совершает плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости. Во втором случае (пространственный кулачковый механизм) это условие не выполняется. Пространственный кулачковый механизм имеет цилиндрический (в двух вариантах), дисковый, конический, сферический (в двух вариантах), глобоидный (в двух вариантах) кулачок. При многократном повторении элементов кулачка и взаимодействующего с ним звена получается кулачковый механизм для изменения параметров вращательного движения (в двух вариантах) или преобразования вращательного движения в поступательное. Такого типа кулачковый механизм может быть отнесен к червячной передаче с глобоидным или цилиндрическим червяком и с цевочным колесом или зубчато-цевочной реечной передачей. В различных машинах и механизмах широко применяются и другие разновидности кулачкового механизма, например, многооборотный кулачковый механизм: спиральный кулачок; регулируемый кулачок.

Кулачок

Кулачок – звено какого-либо механизма, имеющее элемент высшей пары, который выполнен в виде поверхности переменной кривизны. Формы кулачков характеризуются профилем и выполнением боковых сторон. Широко применяются в различных машинах и станочных автоматических линиях машиностроительных производств кулачки трех видов профиля.

Кулачки треугольного профиля применятся для передачи малых крутящих моментов. Муфты с такими кулачками имеют малый угол включения α. Симметричный профиль используется для передачи моментов в обоих направлениях, а несимметричный – только в одном направлении. Число кулачков такого профиля, устанавливаемых в управляемых соединительных муфтах, составляет от 15 до 60 шт.

Кулачки трапецеидального профиля применяются для передачи больших крутящих моментов. Симметричный профиль кулачков пригоден для передачи моментов в обоих направлениях, а несимметричный профиль – только в одном направлении. Число кулачков данного профиля в соединительных муфтах (сцепных) обычно составляет от 3 до 15 шт.

Кулачки прямоугольного профиля применяются редко ввиду трудности включения таких муфт и невозможности получения беззазорного сцепления. Кулачки указанного профиля со скошенной вершиной существенно облегчают включение, но пригодны для передачи момента только в одном направлении. Боковые стороны кулачков прямоугольного профиля выполняются в виде плоскостей, проходящих через геометрическую ось муфты. Боковые стороны кулачков треугольного и трапецеидального профилей, ограниченные винтовыми поверхностями, обеспечивают прилегание по площади при сцеплении соединительной муфты как на полную, так и на неполную рабочую высоту кулачков, т. е. в течение всего процесса включения и выключения соединительной муфты. Но ввиду сложности технологии обработки такие кулачки применяются редко. Обычно же их боковые стороны выполняются по плоскостям, которые полностью прилегают друг к другу только при заходе кулачков на полную рабочую высоту. Кулачки прямоугольного и трапецеидального профилей постоянной высоты требуют раздельной обработки каждой боковой стороны кулачка. Кулачки треугольного и трапецеидального профилей с уменьшающейся к центру высотой позволяют обрабатывать обе стороны впадины за один проход.

Кулиса

Кулиса представляет собой звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.

Кулису конструктивно выполняют в виде направляющей детали, охватывающей другую деталь и имеющей большую или малую длину по сравнению с длиной охватываемой детали. Кулиса может также охватываться сопряженной с ней деталью.

Кулисный механизм

Кулисный механизм – рычажный механизм, в состав которого входит кулиса. В различных машинах, станках и другом оборудовании широко применяются различные виды кулисного механизма:

  1) кулисно-ползунный механизм;

  2) кривошипно-кулисный механизм;

  3) двухкулисный механизм;

  4) коромыслово-кулисный механизм.

Кулисно-ползунный механизм – рычажный четырехзвенный механизм, содержащий кулису и ползун с неподвижной направляющей. Такой механизм служит для преобразования качательного движения кулисы в поступательное движение ползуна или наоборот, поступательного движения ползуна в качательное движение кулисы.

Кривошипно-кулисный механизм — рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и кулиса. Указанный механизм служит для передачи и преобразования вращательного движения кривошипа во вращательное или качательное движение кулисы и, наоборот, движения кулисы во вращение кривошипа. Кривошипнокулисный механизм используется весьма широко в строгальных, долбежных станках, упаковочных автоматах и других машинах.

Двухкулисный механизм – рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят две кулисы.

Данный механизм служит для передачи вращательного или качательного движения от одной кулисы к другой; используется в компенсирующих муфтах (благодаря тому, что передаточное отношение двухкулисного механизма постоянно и равно единице).

В этом механизме кулисы взаимодействуют посредством промежуточного звена – шатуна.

Крейцкопф

Крейцкопф (нем. Kreuzkopf) – то же, что и ползун.

Крейцкопфный двигатель

Крейцкопфный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, как правило, дизельный, в котором шатун и поршень связаны между собой крейцкопфом (ползуном). При работе двигателя крейцкопф передает продольное (по ходу поршня) усилие на шатун, а поперечное – на направляющие, освобождая тем самым поршень от поперечных нагрузок, что уменьшает износ цилиндров и поршня. Вследствие значительной массы и некоторых конструктивных особенностей такой двигатель применяется только на судах (морских или речных).

Лебедка

Лебедка – грузоподъемная машина, используемая для перемещения грузов посредством движущегося каната (или троса, или цепи). В различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России широко применяются лебедки трех видов: лебедка двухбарабанная; лебедка двухскоростная; лебедка соосная.

Лебедка двухбарабанная является грузоподъемным механизмом, содержит два барабана, кинематически связанных между собой. Такая лебедка, в частности, применяется в грейфере; она имеет два двигателя (электрических) и два барабана, соединенных одним дифференциальным механизмом и тремя передачами. В данном случае ковш грейфера поднимается и опускается двигателем при остановленном втором двигателе. При этом оба барабана вращаются с одинаковой угловой скоростью независимо от распределения нагрузки между ними, потому что дифференциальный механизм работает как редуктор с одной степенью свободы. Для управления челюстями ковша грейфера служит замыкающий барабан лебедки, приводимый в движение относительно первого барабана вторым электродвигателем через дифференциальный механизм. Лебедка двухбарабанная также устанавливается на башенных кранах, где один барабан является грузовым, а второй – стреловым. Привод обоих барабанов лебедки башенного крана осуществлен от одного двигателя. Для обеспечения заданной траектории перемещения груза включаются оба барабана.

Лебедка двухскоростная

Лебедка двухскоростная является грузоподъемным механизмом, у которого предусмотрено два режима вращения барабана с разными угловыми скоростями. Данная лебедка применяется в системе поднятия и опускания лифта (грузового или пассажирского), имеет электрический двигатель, соединенный с планетарной зубчатой передачей, встроенной в шкив тормоза; передача может блокироваться специальной муфтой. Ведомое звено соединено с другой планетарной передачей, встроенной в канатоведущий шкив. Это звено останавливается специальным тормозом. Такая схема позволяет обеспечить плавный разгон привода, уменьшить производную ускорения и тем самым улучшить комфортабельность лифта, для которого используется скоростная лебедка.

Лебедка соосная – грузоподъемный механизм, у которого двигатель (электрический), редуктор и барабан установлены соосно. Лебедки соосные имеют обычно встроенный в барабан редуктор (планетарный, составленный из двух механизмов). Внутри барабана установлена также жесткая рама, с которой связано одно из центральных колес первого планетарного механизма и водило второго механизма. Барабан такой лебедки опирается на раму через подшипники, эта рама имеет три внешних сферических опоры. Все три опоры обеспечивают статически определимую систему закрепления лебедки на раме экскаватора и исключают взаимное влияние деформаций рам, а также компенсируют неточности монтажа. Лебедка соосная выполняется в четырех вариантах. В одном из них планетарная замкнутая передача встроена в барабан лебедки, а водило второго механизма, водящего в состав передачи, выполнено управляемым; при этом оно воспринимает реактивный момент. Если нужно быстро разобщить кинематическую цепь и позволить барабану свободно вращаться, то тормоз выключают. Это используют, в частности, в экскаваторах карьерного типа при забрасывании ковша экскаватора. В другом варианте внутрь барабана соосной лебедки встроена планетарная зубчатая передача с тремя центральными колесами. Она имеет большое передаточное отношение, но сравнительно невысокий коэффициент полезного действия. Такое устройство механизма используют в редко включаемых лебедках, например в механизме подъема стрелы экскаватора.

Леникс

Леникс (нем. Lenix, Lenixrolle) – так назывался натяжной ролик во второй половине XIX – начале ХХ вв., применявшийся в механизмах с клиноременной передачей. Леникс обеспечивал натяжения клинового текстропного ремня большой длины, который был установлен на трех шкивах в системе привода различных механизмов. Благодаря лениксу или натяжному ролику ремень приводной не испытывал сильной вибрации, приводящей к разрыву, а кроме того, при этом обеспечивался достаточно плотный контакт ремня на шкивах. Со второй половины ХХ в. название леникс перестало употребляться в технической документации, а было принято более понятное название – натяжной ролик. Натяжной ролик представляет собой свободно вращающееся дополнительное колесо в виде шкива или звездочки (если вместо ремня применяется цепная передача) в механизме с гибкой связью и воздействующее на эту связь. Для прижатия натяжного ролика к гибкой связи и ее натяжения служит пружина или груз, взаимодействующий с натяжным роликом посредством рычага.

Матрица

Матрица – специальная металлическая форма, предназначенная для получения каких-либо изделий путем прессования (ручного или машинного). Матрица изготавливается из тугоплавких металлов или сплавов, потому что в нее заливают расплавленный металл (или сплав металлов), имеющий высокую температуру. Матрица используется в основном для получения деталей небольших размеров, причем внутренняя часть ее имеет форму, аналогичную форме изготавливаемой детали. В матрицу набирают (наливают) определенную порцию расплава, которая при движении пуансона вниз перемещается и заполняет пространство между пуансоном и матрицей, при этом формовое кольцо, находящееся в верхней части матрицы, предназначено для создания ровной поверхности верхнего края изделия. Матрицу выполняют разъемной, это позволяет легко извлечь изделие из формы. Формовое кольцо и пуансон матрицы также изготавливают из тугоплавкого металла или сплава, потому что они находятся в контакте с расплавом.

Матрица используется не только для получения изделий из металлов или их сплавов, но также стеклоизделий и изделий из пластических масс.

Маховик

Маховик – вращающийся элемент какого-либо механизма, для которого характерно наличие добавочного момента инерции. Маховик предназначен для обеспечения уменьшения коэффициента неравномерности движения механизма. Маховик обычно выполняют в виде массивного сплошного диска или шкива с тяжелым ободом и спицами. Маховик в процессе работы всего механизма аккумулирует энергию при увеличении угловой скорости и отдает ее при уменьшении скорости. Маховики применяются в таких механизмах, как полуавтоматические пресс-ножницы для резки листовой полосовой стали, шахтный подъемник и др.

Если рассмотреть процесс движения маховика за один период установившегося движения tц и при этом пренебречь инерцией звеньев механизма (в котором установлен маховик), то получают уравнение движения механизма следующего вида:

(Jм ω2max ) / 2 – (Jм ω2min) / 2 = А

где JM – момент инерции маховика; А изб – избыточная работа на участке между экстремальными значениями угловой скорости ωmax и ωmin .

Полагая далее:

Jм (ωmax – ωmin) × (ωmax + ωmin) / 2 = Аизб.

и с учетом того, что средняя скорость ωс = (ωmax + ωmin), а отношение (ωmax – ωmin) / ωc равно коэффициенту неравномерности движения механизма (какого-либо), получается J = Аизб/ (δ – ω2c).

Если к механизму подключен двигатель (электрический или внутреннего сгорания) через передачу, то момент инерции маховика может быть уменьшен на величину JДi2, где JД – момент инерции ротора двигателя, i – передаточное отношение – отношение угловых скоростей, ротора двигателя и маховика. Jм может быть пересчитан, если маховик установлен на валу передачи, не являющемся звеном приведения. В этом случае J3M = J2M(ω2 / ω3), где индекс 2 относится к звену, для которого проведен расчет, 3 – к звену, на котором установлен маховик.

Медогонка

Медогонка – устройство, выполненное по принципу действия сепаратора, представляет собой нержавеющую емкость, в которой помещают рамку с пчелиным сотом. Рамка с сотом, наполненным медом, закрепляется жестко (т. е. неподвижно) между двумя металлическими стержнями, которые изготовлены из нержавеющей стали. Стержни с рамкой (вместе с сотом) устанавливаются во вращающемся барабане (его также изготавливают из нержавеющей стали). Барабан приводится во вращение вручную или с помощью небольшого электродвигателя. При вращении рамки с сотом мед из него стекает в специальную емкость (емкость выполняется также из нержавеющей стали). Первые медогонки были полностью изготовлены из дерева. При этом использовалась в основном древесина липы, привод был только ручным.

Мельницы

Мельницы представляют собой механическое устройство для помола твердых веществ.

Для создания помола используются как мельницы без мелющего тела, так и мельницы, в конструкцию которых включены мелющие тела. Мелющими телами могут быть металлические, керамические и созданные из другого материала шары, стержни, скатанная кремневая галька и т. д.

Мельницы, имеющие свободные мелющие тела, следующие:

  1) тихоходные вращающиеся барабанные мельницы, к которым относятся шаровые, стержневые, галечные, применяются для грубого, среднего и тонкого помола;

  2) быстроходные мельницы, например вибрационные, центробежно-шаровые, планетарные, магнитные, бисерные, направлены на создание тонкого и сверхтонкого помола.

Барабанная шаровая мельница оснащается мелющими телами примерно на 35—40% от всего объема мельницы, изначальный материал помещается в межшаровое пространство, помол осуществляется при взаимодействии крупных частей и шаров и образуемого взаимного истирания частей материала. Состоит из корпуса, мелющих тел, футеровочных плит, привода. Достоинства: прекрасно себя показала при использовании в многотоннажных производствах, конструкция разработана достаточно просто. Недостатки: обладает значительной металлоемкостью, мелющие тела подвержены большому износу, создают при работе большой шум. Барабанные шаровые мельницы применяются для помола на производстве барита, фосфоритной муки. Мельницам этого типа присвоена степень измельчения 20—100.

Барабанная бесшаровая мельница, также называемая машиной самоизмельчения, включает в себя корпус, диафрагму, привод. Используется в производстве асбеста, для переработки горно-химического сырья. Разработана аналогично шаровым измельчителям, оснащается мелющими телами в виде крупных частей материала. Достоинство: в результате работы барабанной бесшаровой мельницы создаются высокочистые измельченные продукты. Недостатки: мельница достаточно большого размера, при помоле накапливаются фракции средних размеров, требующие дополнительного повторного измельчения. Степень измельчения барабанной бесшаровой мельницы составляет 180—300.

Центробежно-шаровая мельница состоит из следующих элементов: корпус; чаша; отбойная поверхность статора; отражательная решетка; воздушный сепаратор; привод; воздухопровод; вентилятор; шары; штуцеры, которые выполняют функцию подачи исходного твердого вещества и подачи воздуха. Мельницы этого типа применяются для помола талька, мела и т. д. В конструкцию мельницы включены шары, которые из вращающейся чаши отбрасываются при помощи центробежных сил, попадая на отбойную поверхность статора. Измельчение твердого вещества происходит в результате действия стесненного удара, затем происходит возвращение в чашу. Вентилятор образует поток воздуха, который уносит переработанный материал, при этом оставшиеся крупные части вещества и зерна, парированные соответствующей решеткой и сепаратором, вновь отправляются в чашу на повторное измельчение. Достоинства: достаточно высокая удельная производительность. Недостатки: высокий уровень износа элементов конструкции мельницы, создание шума в результате работы. Степень измельчения центробежно-шаровых мельниц соответствует 5—100.

Вибрационная шаровая мельница включает в себя корпус, дебалансы, электродвигатель. Используется для измельчения гидрокарбоната Na, сурика, охры, пигментов, кварца, графита. Мельницы такого типа загружаются до 80—90% от объема шарами, корпус устанавливается на пружинах. В результате действия вращающихся дебалансов корпус образует колебания, определяемые как частые круговые, при этом шарам сообщаются импульсы и они совершают движение по сложным траекториям, создавая усиленное измельчение и перемешивание твердых веществ, расположенных в межшаровом пространстве. Достоинства: в результате работы вибрационной мельницы получается высокодисперсный продукт; процесс помола занимает непродолжительное время; компактность мельницы. Недостатки: создание шума в процессе работы, производительность лимитирована. Степень измельчения определяется как 20—200.

Планетарная мельница создана из следующих частей: привод, малая шестерня, зубчатое колесо, барабан, водило. Конструкция мельницы разработана объединением некоторого числа барабанов при помощи единого водила. Ось отдельного барабана оснащается малой шестерной, которая насаживается на ось, при этом малая шестерня зацепляется с центральным зубчатым колесом, находящимся в неподвижном состоянии. В результате вращательного движения водила малые шестерни объезжают вкруговую относительно колеса, барабаны создают одновременное вращение относительно своих осей и центрального вала, при этом мелющие тела наделяются движением по сложной траектории при больших ускорениях, благодаря чему измельчение получается интенсивным. Достоинство: планетарные мельницы обладают высокой эффективностью помола. Недостатки: небольшая продуктивность, процесс производства периодичен, основное направление применения – малотоннажное производство, продукт подвержен сильному нагреву, так как при процессе производства происходит достаточно большое выделение теплоты. Планетарные мельницы широко распространены в горно-химическом производстве, например для переработки руд, мельницы получили применение как лабораторные устройства быстрого действия, производящие подготовительные пробы для экспресс-тестов. Степень измельчения планетарных мельниц соответствует 20—300.

Бисерные мельницы представляют собой конструкцию, в которую включены корпус, цилиндр, кожух, вал, диски, мелющие тела, сито, приемник переработанной суспензии, дисковый ротор, электродвигатель, станина, кран. Они используются в лакокрасочном производстве для изготовления красок, эмалей, грунтовок и т. д. Мельница заполняется на (n – 1) / п количество объема специальным кварцевым бисером, диаметр бисера 1—2 мм, или износостойким песком. Готовится заранее суспензия, например, состоящая из пигмента и связующего, которая при помощи наноса доставляется в цилиндр, затем поднимается вверх, проходит сквозь слой бисера или песка, на который действует вращающийся дисковый ротор, при этом создается усиленное измельчение, перетирание, фильтрация при помощи сита, для вывода продукта используется нижняя часть мельницы. Достоинства: высокая гомогенность полученных продуктов. Недостатки: производительность ограниченна, размеры мельницы находятся в заданных пределах, мелющие тела подвержены частой смене. Степень измельчения бисерных мельниц составляет 200—300.

Мельницы с фиксированными мелющими телами, к которым относятся ролики, катки, вальцы и т. д.:

  1) мельницы со средним ходом – бегуны, используются для среднего и грубого помола, кольцевые, жернова, краскотерки, для среднего и тонкого помола;

  2) центробежные мельницы быстрого хода – штифтовые, ножевые, дезинтеграторы, дисмембраторы, предназначены для произведения грубого, среднего, тонкого помолов.

Конструкция бегунов: каток, полуось катка, водило, центральный вал, чаша, привод, скребки. Бегуны предназначены для измельчения вязких веществ, используются в горно-химической и коксохимической индустриях. Разработаны на вращательном движении вала катков, установленных свободно на полуосях, движение производится по дну чаши, в которую заложен материал, в результате перемещения катков образуется раздавливание и истирание материала. Центробежными силами куски направляются к наружному борту чаши, для их возвращения на катки используются включенные в конструкцию специальные скребки. Достоинство: несложность конструкторского решения. Недостатки: производительность небольшая. Степень измельчения ограничивается 10—40.

Ролико-кольцевые маятниковые мельницы содержат размольное кольцо, ролик или каток, крестовину, маятник, вал, скребок, привод. Применяются для помола хрупких, мягких, нелипких веществ, к которым относится каолин, белые пигмент, ильменит, цементный клинкер. Разработаны таким образом, что катки или ролики, перемещаясь и используя центробежные силы, направляются к внутренней поверхности размольного кольца, измельчение происходит в зазоре, образованном между мелющими телами и кольцом. Полученный в результате помола продукт направляется воздушным потоком в сепаратор, где проходит отбор полученного вещества, при этом грубая фракция отправляется на повторное измельчение, для доставки в зону измельчения в конструкцию включены скребки. Достоинство: варьирование степени измельчения в пределах от 5 до 100. Недостатки: высокий износ рабочих элементов мельницы, конструкция является сложной.

Краскотерка создана из корпуса, валка, загрузочной воронки, разгрузочного лотка. Применяется для перетирания и диспергирования материала при производстве красок, полимерных паст и т. д.

Измельчительный процесс происходит в регулируемом узком зазоре относительно параллельно фиксированных валков, создающих вращательное движение в направлении друг к другу, при этом движение валков соответствует различным скоростям. Выводится полученный продукт при помощи лотка, оснащенного скребковым приспособлением. Достоинство: регулированная степень измельчения от 20 до 300. Недостатки: производительность лимитирована, валки выходят из строя в разное время.

Ножевая мельница: корпус-статор, ротор, вращающийся нож, неподвижный нож, перфорированная решетка. Созданы на основе рубящего и режущего действия, производимого ножами ротора и статора. После произведенного помола продукт выводится из мельницы при помощи перфорированной решетки. Достоинства: эффективное измельчение эластичных веществ, например отходов линолеума или резины, не прибегая к полному охлаждению материалов. Степень измельчения составляет 10—50.

Дезинтегратор: роторы с рабочими пальцами, станина с подшипниками, привод. Дезинтеграторы используются для сухого измельчения мягких, хрупких веществ, характеризуемых небольшими абразивными качествами, например каолин, мел, литопон. Заложенный материал проходит загрузочную воронку, направляясь в центральную часть одного из роторов, роторы совершают вращательные движения в обратных направлениях, затем материал устремляется между пальцами роторов. Центробежная сила относит части или зерна материала в периферийную сторону роторов, происходит многократное ускорение, ударение о пальцы, сталкивание. Полученный продукт отправляется из роторов в кожух, выводится при помощи специального патрубка. Достоинства: конструкция мельницы устроена достаточно просто, эффект смешивания определяется как высокий. Недостатки: пальцы быстро изнашиваются, при работе получается пылеобразование, большой энергетический расход. Степень измельчения соответствует 5—10.

Мельницы без мелющих тел:

  1) барабанные мельницы самоизмельчения предназначены для грубого, среднего, тонкого помола;

  2) воздухоструйные, пароструйные, газоструйные мельницы используются для тонкого, сверхтонкого помола;

  3) пневматические мельницы совершают средний, тонкий помол;

  4) кавитационные разработаны для суспензий;

  5) коллоидные, ультразвуковые, электрогидравлические и т. д. направлены на произведение тонкого и сверхтонкого помола.

Струйные противоточные мельницы: сопло, разгонная труба, размольная камера, воздушный сепаратор. Мельницы создают измельчение, опираясь на энергию потока компримированного газа, например воздуха или перегретого пара. Материал, разделенный на небольшие части, увлекается при помощи двух встречных потоков с большой скоростью, потоки проходят сопла, которыми оснащены разгонные трубы, в результате чего происходит соударение и измельчение составляющих. Восходящие потоки направлены на захват материала в область предварительной сепарации грубых фракций, затем в сепаратор тонкой готовой фракции, которая улавливается при помощи циклона и фильтра. Размольная камера производит измельчение грубых фракций, которые постоянно возвращаются из сепаратора, до нужного состояния. Достоинства: диспергирование термолабильных материалов. Недостаток: включение вспомогательных приспособлений, например компрессора, пылеулавливающей системы, газогенератора. Используются для помола пластмассы, кокса, слюды, известняка, инсектицидов и т. д. Степень измельчения 20—120.

Кавитационные мельницы: ротор, статор. Мельницы такого типа объединены в систему, оснащенную напорными баками, что позволяет создавать циркуляцию большое число раз и высокий уровень диспергирования вещества. Разработана на принципе насоса, прокачивая диспергируемую суспензию сквозь кольцевой промежуток между ротором и статором, на поверхности которых нанесены продольные канавки, поэтому сечение прохода изменяется, что приводит к большим колебаниям давления, создавая кавитационный эффект. Суспензия усиленно перемалывается, выводится с помощью специального крана, расположенного в нижней части устройства. Достоинства: высокая гомогенность полученного продукта. Недостатки: высокая степень износа рабочих элементов, производительность кавитационной мельницы небольшая. Применяются для создания резиновых смесей, в лакокрасочной промышленности и т. д. Степень измельчения определяется как 5—40.

Коллоидные мельницы измельчают частицы, размер которых не превышает нескольких мкм. Исходное вещество подвергается прохождению в небольшом промежутке, образованном между быстро вращающимся коническим диском, ротором и неподвижным кольцом, статором, также исходный материал может продвигаться в промежутке между пальцами ротора корпусом машин. Недостаток: высокий износ рабочих элементов мельницы. Используется, главным образом, в лабораториях для приготовления измельченных малых порций материала.

Ультразвуковые мельницы измельчают вещества с помощью воздействия высокочастотных звуковых колебаний, превышающих 20 000 в одну секунду. Генераторы ультразвука обладают небольшой мощностью и в рабочем состоянии создают достаточно высокую степень шума. По причинам, названным выше, применение ультразвуковых мельниц ограничено. Они применяются, например, для изготовления высокодисперсных суспензий (при этом размер частицы составляет мкм и доли мкм) и однородных суспензий в фармацевтической и лакокрасочной промышленности.

Электрогидравлические мельницы разработаны на действии импульсных давлений на твердое вещество, создаваемое в результате высоковольтного разряда в жидкости. Устройства такого типа предназначены для произведения тонкого помола и дробления.

Механизм

Механизм – система, состоящая из нескольких элементов (или звеньев) и предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых элементов в требуемые движения других элементов данной системы. Для механизмов характерны:

  1) механические колебания в виде движения системы, элементы которой колеблются (или звенья);

  2) механическое взаимодействие в виде взаимодействия материальных точек (частей, элементов, звеньев), вызывающее изменение их движения или препятствующее изменению их взаимного положения;

  3) механическое движение в виде изменения во времени относительного положения элементов (или звеньев). При этом изменение положения определяется изменением расстояний между фиксированными точками элементов (или звеньев);

  4) механическое равновесие в виде состояния покоя или прямолинейноравномерного движения системы материальных точек какого-либо механизма.

Различаются три вида механического равновесия механизма: устойчивое; неустойчивое; безразличное. При устойчивом равновесии достаточно малые отклонения системы (механизма) от положения равновесия вызывают силы, стремящиеся вернуть ее в состояние равновесия. Условием устойчивого равновесия для консервативной системы механизма (где механическая энергия не превращается в тепловую) является минимум потенциальной энергии данной системы (теорема Лагранжа—Дирихле). Если на систему какого-либо механизма с идеальными связями действуют только силы тяжести, то устойчивым будет положение, при котором центр тяжести занимает самое низкое положение (принцип Торричелли).

Молот-редуктор

Молот-редуктор – механизм, состоящий из зубчатого редуктора и молота, выполненного в виде ползуна, перемещающегося по направляющим. Входное звено молота-редуктора соосно с выходным звеном. Привод данного механизма осуществляется от асинхронного электродвигателя, работающего от трехфазного электропитания. Редуктор включает в себя две последовательно соединенные зубчатые пары. Промежуточное звено представляет собой выполненные в виде одной детали зубчатые колеса. Молот-редуктор предназначен для обработки металлических заготовок (в раскаленном виде) небольших размеров, весом до 70 кг.

Мультипликатор

Название образовано от латинского слова multiplico, что переводится как «увеличиваю», «умножаю». В качестве мультипликатора понимается несколько типов устройств.

  1. Механизм, разработанный для повышения частоты вращательного движения вала машины. Создается как независимое устройство, оснащенное в основном умножающими зубчатыми передачами. Используются мультипликаторы такого типа в лабораторных агрегатах, в испытательных машинах в том случае, когда частота вращения вала двигателя, создающего движение машины, является небольшой и ее не хватает для произведения требуемого действия.

  2. Механизм, способный увеличивать давление жидкости, изготавливается из двух объединенных цилиндров, при этом цилиндр низкого давления оснащается поршнем большого диаметра, находящимся в соединении с плунжером малого диаметра, установленным в цилиндр высокого давления.

Гидравлические мультипликаторы используются в гидравлических прессах в качестве устройства для повышения усилия прессования, в пневмогидравлических усилителях устанавливаются в многоточечные зажимные приспособления металлорежущих станков.

Демультипликатор – устройство для повышения тягового усилия машины, умножения передаточных чисел трансмиссии. Получил применение при увеличении силовой передачи большегрузных машин, тягачей, способствуя усовершенствованию проходимости в случае трудных дорожных обстоятельств.

Муфта

Муфта (от нем. Mufte или голл. mouwtje) – устройство для соединения валов, тяг, труб, канатов и т. п. Муфта, в частности, воспринимает осевые силы при соединении трубопроводов. Ее выполняют в виде втулки с резьбой. Муфту для передачи вращающего момента выполняют нерасцепляемой постоянной; компенсирующей или подвижной, а также сцепной. Постоянная муфта представляет собой втулку, надетую на концы соединяемых валов или жестко соединенные детали, закрепленные на концах валов. Компенсирующая муфта позволяет соединить валы, оси которых установлены с погрешностью, например, несоосны или пересекаются. К таким муфтам относят упругую муфту, зубчатую компенсирующую муфту. К подвижным муфтам относят шарнирную муфту; муфту типа «универсальный шарнир» (таковой, в частности, является карданный механизм или просто кардан); синхронную сферическую муфту. Подвижная муфта позволяет соединять валы с пересекающимися осями под большим углом по сравнению с компенсирующей муфтой. Сцепная муфта позволяет соединять и разъединять валы принудительно в процессе вращения, при остановке или автоматически, в зависимости от параметров движения или нагрузки.

Сцепные муфты (или управляемые соединительные муфты) подразделяются на кулачковые (зубчатые), фрикционные; электромагнитные жидкостные; порошковые.

Кулачковые муфты характеризуются тем, что передача крутящего момента производится за счет нормальных сил N между рабочими поверхностями. Данные муфты осуществляют жесткое соединение валов при определенных угловых положениях одного вала относительно другого. Преимущества кулачковых муфт перед фрикционными – малые габариты, простота конструкции и изготовления, дешевизна (что очень важно в условиях рыночной экономики России). Недостаток – недопустимость включения на быстром ходу без соответствующих мер предосторожности против удара.

Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет сил трения между рабочими поверхностями, допускают включение на ходу без каких-либо мер предосторожности. Различают следующие типы фрикционных муфт: дисковые, у которых рабочими поверхностями являются торцовые плоскости дисков; конусные, у которых рабочими являются конические поверхности; кольцевые и колодочные, у которых рабочими являются цилиндрические поверхности.

Кроме того, фрикционные муфты по условиям работы разделяются на: сухие, применяемые в таких местах, где можно надежно предохранить муфту от попадания смазки; масляные, работающие в условиях обильной смазки. Фрикционные муфты обычно ставят на быстровращающихся валах кинематической цепи. Электромагнитные жидкостные и порошковые муфты в основном применяются в качестве сцепных для соединения и разъединения валов; они характеризуются тем, что способны передавать крутящий момент при отсутствии скольжения; допускают более длительное проскальзывание на переходных режимах; имеют меньшее время срабатывания и требуют меньшей мощности тока возбуждения, чем дисковая фрикционная муфта с электромагнитным управлением. Принцип действия муфт этого типа основан на свойстве жидкой или порошкообразной ферромагнитной смеси увеличивать под действием магнитного поля свою вязкость и прочно приставать к полюсам магнитной системы. Во многих механизмах применяются также муфты скольжения гидродинамические и электромагнитные вихревые. Гидродинамическая муфта скольжения обеспечивает более мягкий привод машины, хорошо гасит крутильные колебания, облегчает работу двигателя на переходных режимах. При пуске тяжелых машин от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя данная муфта сокращает длительность действия большого пускового тока, а также ограничивает нагрев двигателя. Гидродинамические муфты наиболее широко применяются в транспортных устройствах с двигателями внутреннего сгорания из-за плохой характеристики этих двигателей на малых оборотах. Электромагнитная вихревая муфта используется в основном как сцепная муфта, допускающая значительное проскальзывание, или как средство изменения числа оборотов ведомого вала.

Гидродинамические и электромагнитные вихревые муфты имеют такое существенное отличие от фрикционных, как возможность продолжительной их работы с большим скольжением без быстрого нагрева и износа отдельных поверхностей муфты. Во второй половине ХХ в. широкое распространение получили более эффективные самоуправляемые муфты, в основном такие, как муфты обгона или свободного хода, производящие переключение в зависимости от того, с какого вала на какой передается крутящий момент и движение, и в зависимости от направления передаваемого момента; центробежные, производящие соединение и разъединение валов в зависимости от скорости их вращения; однооборотные, производящие разъединение валов механизмов через каждый оборот в определенном угловом положении ведомого вала; предельного момента, производящие разъединение валов при достижении установленной величины момента. Такие муфты определяются также как предохранительные – они разъединяют валы механизма при возрастании крутящего момента или скорости вращения выше допустимого значения.

Натяжной ролик

Натяжной ролик (см. ранее «Леникс») – блок или колесо, характеризующиеся свободным вращательным движением, предназначенные для регулировки натяжения ведомой части канатной или ременной передачи. Ненагруженный холостой шкив также используется для повышения угла обхвата малого шкива ременной передачи. Передачи с натяжным роликом необходимы для малых межосевых дистанций, а также в случае больших передаточных чисел. Фиксируется такое устройство на ведомой ветви ремня рядом с малым шкивом. Главным отрицательным моментом введения натяжного ролика является снижение срока эксплуатации ремня как следствие полученного вспомогательного перегиба.

Ниппель

Ниппель – соединительная трубка из металла с резьбой для плотного присоединения деталей или частей приборов.

Производятся, главным образом, латунные и бронзовые ниппеля, медные ниппеля изготавливаются довольно редко.

Нория

Нория (исп. noria от араб. наора – «водокачка») – механизм, представляющий собой черпаковый подъемник, транспортирующее устройство непрерывного действия с тяговым органом (в виде ленты или цепи), расположенный наклонно или вертикально, на котором подвешены черпаки для захвата и перемещения сыпучих грузов или жидкостей на высоту до 60 м.

Нория широко применяется в пищевых, мукомольных, химических производствах для перемещения сырья и готовой продукции между этажами внутри производственных зданий, при этом такое устройство часто называют ковшовым элеватором.

Оправка

Оправка – специальное токарное приспособление, применяемое, как правило, при обработке наружных поверхностей. Обрабатываемая деталь базируется по внутренней поверхности.

Применяются оправки следующих видов:

  1) жесткие;

  2) самозажимающие зажимные;

  3) разжимные;

  4) пружинящие.

По форме установочной поверхности оправки могут быть цилиндрическими, коническими, резьбовыми или шлицевыми. Жесткая цилиндрическая оправка устанавливается в центрах токарновинторезного станка (или другого вида станка). Обрабатываемая деталь, закрепленная на оправке (жесткой), удерживается от проворачивания трением, которое создается на ее торцах, с помощью шайбы и крепежной гайки. Разжимная оправка имеет простую конструкцию, вместе с ней применяется разрезная упругая гильза (так называемая цанга), имеющая наружную цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности. Гильза надевается на конический стержень оправки, при этом, чтобы гильза обладала упругими свойствами, на ней сделано шесть продольных прорезей. Обрабатываемая деталь закрепляется гайкой. С помощью второй гайки гильза вместе с деталью (после обработки) снимается с оправки. Разжимные оправки менее точны, чем жесткие, но в некоторых случаях их применяют для чистовой обработки деталей типа колес и втулок, в сочетании со специальной конической пробкой, которая вгоняется в корпус оправки легкими ударами молотка, разжимает ее и тем самым закрепляется обрабатываемая деталь, надетая на правую часть оправки с тремя продольными прорезями. Чаще всего для чистовой обработки деталей используется оправка с гидропластом, корпус ее крепится к планшайбе (планшайба – специальное токарное приспособление). В данном случае на корпусе оправки напрессована в нагретом состоянии разжимная втулка, на которой для лучшего уплотнения в местах посадки сделаны кольцевые углубления. В каналах корпуса и в цилиндрической полости между корпусом и втулкой расположен гидропласт. Под действием давления, сообщаемого с помощью винта через поршень гидропласту, втулка (разжимная) расширяется, центрируя и закрепляя деталь. При токарной обработке заготовок или деталей некруглой сложной формы применяются оправки-угольники. В корпусе такой оправки имеется специальная полка для угольника. Оправка-угольник крепится к планшайбе крепежными болтами.

Ось

Ось – деталь какого-либо механизма, не передающая вращающего момента, а воспринимающая только поперечные нагрузки. Ось выполняется в виде металлического стального стержня, который устанавливается в опорах и предназначается для поддержания и обеспечения вращения деталей, установленных на нем. Ось в отличие от вала не передает вращающего момента, но так же как и вал, передает на опоры радиальные и осевые силы. Ось может быть неподвижной или вращающейся. В первом случае детали установлены на ней так, что могут вращаться подобно колесу повозки или телеги, а ось испытывает только постоянные, по знаку напряжения, пропорциональные нагрузки. Во втором случае детали жестко закреплены на ней, а ось испытывает знакопеременные напряжения. Конструкция соединения оси с насаженными на нее деталями выбирается в соответствии с величиной и характером передаваемых ими нагрузок и требуемой точностью центрирования насаженных деталей. Для изготовления осей используются углеродистые легированные стали, применяемые в виде проката или поковок, реже – стальное литье и литье из модифицированных чугунов. В зависимости от предъявляемых к осям требований по прочности, износостойкости и т. д. оси могут подвергаться различной термической или химико-термической обработке. Неответственные и малонапряженные оси изготавливают обычно из стали марок Ст3; Ст4; Ст5; в остальных случаях из углеродистых сталей марок Ст6; Ст35; Ст40; Ст45; Ст50. Размеры осей и их форма определяются видом механизма, в котором они установлены.

Отбойный молоток

Отбойный молоток – инструмент для разборки бетонных покрытий, пробивки отверстий в бетонных и кирпичных стенах, железобетонных трубах, кольцах. Отбойные молотки широко применяются в строительстве, при производстве различных ремонтных работ – дорожных и в системе жилищно-коммунального хозяйства. Отбойные молотки раньше (в первой половине ХХ в.) широко применялись при разработке месторождений полезных ископаемых, в том числе угля. В настоящее время в горнодобывающей отрасли отбойные молотки применяются лишь при выполнении незначительных объемов работ при проходке на начальном этапе разработки какого-либо месторождения, а затем применяют более мощную технику вроде угольного комбайна или гидропушек.

Отбойные молотки подразделяются на две большие группы: электрические и пневматические. Советскими предприятиями в 70—80-х гг. ХХ в. выпускались следующие марки отбойных молотков: электрические: ИЭ-4201; ИЭ-4202; ИЭ-4203; ИЭ-4204; ИЭ-4206; ИЭ4601 (бетонолом – самый мощный отбойный молоток). Электрические отбойные молотки работают от тока напряжением в 220 В, имеют мощность от 270 до 1200 Вт (бетонолом ИЭ4601), при этом частота ударов рабочего бойка составляет от 1000 до 2700 мин-1, а энергия его удара – от 4 до 40 Дж (40 Дж имеет бетонолом). Масса электрических отбойных молотков колеблется от 6,8 до 20 кг (самый тяжелый – бетонолом); пневматические: МО-8П; МО-9П; МО-10П; МО-6М; ИП-4604 (бетонолом) и ИП-4602 (бетонолом). Данные отбойные молотки обладают большей энергией удара, чем электрические: от 30 до 90 Дж (у бетоноломов 80 и 90 Дж). Только частота ударов у пневматических меньше, чем частота ударов у электрических, и составляет от 780 до 1600 мин-1, работают от подачи через рабочий шланг сжатого воздуха от компрессора (стационарного или чаще всего передвижного). Масса таких молотков (без наконечника) составляет от 6,5 до 18 кг (бетоноломы). Пневматические отбойные молотки применяются более широко при различных работах, чем электрические, они отличаются более высокой степенью безопасности, чем электрические (особенно если учесть высокую частоту ударов бойка). Обычные пневматические отбойные молотки имеют рабочий наконечник в виде пики, а бетонолом – лом или лопату. Пневматический отбойный молоток имеет следующее устройство: штуцер-ручка для подводки сжатого воздуха (к нему подсоединяется шланг резино-тканевый пневматический). Сжатый воздух поступает в золотниковую коробку, которая соединена с ударником, расположенным в стволе. В ударнике закрепляется рабочий наконечник – пика (или лом, или лопата – специальная небольших размеров, но утолщенная).

Патрон

Патрон, применяемый для установки и закрепления заготовок или деталей на токарных и шлифовальных станках, является универсальным безналадочным приспособлением. Патроны широко применяются в машиностроительных производствах следующих видов: двухкулачковые; трехкулачковые; четырехкулачковые. Перечисленные патроны бывают с ручным приводом; с механизированным приводом; самоцентрирующие с независимым перемещением кулачков. По действующим российским техническим регламентам (ранее были ГОСТы) патроны делятся на четыре класса точности: «Н» – нормальной; «П» – повышенной; «В» – высокой; «А» – особо высокой. Патроны двухкулачковые предназначены для закрепления небольших по размерам заготовок (или деталей), имеющих сложную форму: арматуры, фасонного литья, поковок, штамповок и др. Такие патроны изготавливают с ручным приводом, со спирально-реечным и винтовым механизмом, с клиновым центрирующим и клинорычажным механизмом. Двухкулачковый самоцентрирующий клинорычажный механизированный патрон закрепляется (так же как и другие патроны) на шпинделе токарного (или токарно-винторезного или шлифовального) с помощью переходного фланца. От самоотвинчивания патрон во время работы предохраняется пружинным стопором, установленным в гайке (эта гайка закреплена на специальном винте другим стопором). В свою очередь винт, соединенный с тягой штока пневмопривода, служит для регулирования радиального перемещения кулачков патрона. К кулачкам несколькими винтами крепятся сменные губки. Наибольшее применение еще в первой половине 80-х гг. ХХ в. на машиностроительных предприятиях Советского Союза получили универсальные трехкулачковые спирально-реечные патроны с ручным зажимом. У таких патронов диск, расположенный в корпусе патрона, на одной торцевой поверхности имеет коническое зубчатое колесо, а на другой – спиральные реечные пазы, которые находятся в зацеплении с металлическими стальными рейками небольших размеров. При вращении торцевым ключом одного из трех конических зубчатых колес колесо диска поворачивается и перемещает рейки с кулачками к оси патрона при закреплении заготовки (или детали) и от оси – при ее раскреплении. На многих станках токарных и шлифовальных применяются также универсальные четырехкулачковые патроны, предназначенные для закрепления заготовок (или деталей) сложной формы, для которых требуется высокая точность выверки оси. По техническому регламенту (ранее ГОСТу) четырехкулачковые патроны с независимым перемещением кулачков ключом изготавливаются (изготавливались еще в конце 80-х гг. ХХ в.) четырех классов точности: Н; П; В; А – и двух типов: «А» – для крепления на фланцевые концы шпинделей и «Б» – для крепления на резьбовые концы шпинделей через промежуточные фланцы. В указанных патронах каждый кулачок может перемещаться в радиальном пазу корпуса (патрона) независимо от других с помощью установочного винта, имеющего только вращательное движение. Продольному перемещению кулачка препятствуют сухари, запрессованные в корпусе (патрона). При использовании описанных патронов требуется много времени на установку и закрепление заготовки (или детали) сложной формы. Более эффективным и высокопроизводительным является универсальный четырехкулачковый патрон с механизированным приводом для перемещения кулачков. В этом патроне каждая пара противоположно установленных кулачков перемещается последовательно и закрепление заготовки (или детали) происходит сравнительно быстро, при этом также быстро осуществляется раскрепление заготовки (или детали). Данные патроны с механическим приводом чаще всего применяются в станках, полуавтоматах и автоматах – токарных или шлифовальных.

В середине 80-х гг. ХХ в. советскими конструкторами был создан особый вид патрона – магнитный с постоянным магнитом, который устанавливался на шпинделе любого токарного станка с помощью переходной планшайбы. Такие патроны не требуют источника постоянного тока, токоприемных колес и щеток и очень удобны в эксплуатации. Магнитные патроны с постоянным магнитом используются в основном для чистового обтачивания торцов тонких эксцентриковых заготовок колец и дисков, а также для обработки эксцентриковых втулок.

Планшайба

Планшайба (от нем. Planscheibe) – приспособление в виде фланца, устанавливаемое на шпинделе токарно-винторезного станка (или иного металлорежущего) и предназначенное для закрепления на нем обрабатываемой заготовки (или детали, или инструмента) и сообщения ей вращения. Наиболее широко в машиностроительных производствах применяются универсальные планшайбы, предназначенные для обработки заготовок или деталей со сложной установкой. Использование таких планшайб позволяет значительно сократить вспомогательное время на установку, крепление и выверку заготовок сложной формы. Универсальная шайба в своей конструкции имеет:

  1) металлический диск – основа планшайбы;

  2) две направляющие планки, составляющие мерный паз для направления кулачка;

  3) посадочные пальцы, предназначенные для установки на них эксцентриковых заготовок (или деталей);

  4) винт, служащий для перемещения кулачка от периферии к центру диска планшайбы;

  5) второй винт, используемый для фиксирования кулачка в определенном положении;

  6) второй кулачок, имеющий посадочный палец (второй);

  7) третий винт, закрепляющий в нужном положении второй кулачок с посадочным пальцем;

  8) две втулки, расположенные на направляющих планках симметрично оси данной планшайбы, предназначены для быстрой и точной установки наладки по центру;

  9) съемный фиксатор – для закрепления втулок в требуемом положении;

  10) две опорные планки (кроме двух направляющих планок), имеющие пазы под крепежные болты с квадратной головкой;

  11) прихваты, используемые для крепления сменной наладки в нужном месте.

Сменные наладки входят в комплект универсальной шайбы и перед началом обработки какой-либо заготовки (или детали) со сложной установкой налаживаются на посадочные пальцы первого или второго кулачка (в зависимости от формы заготовки). При необходимости на универсальной планшайбе устанавливают угольники. Обычная планшайба входит как составная часть в универсальное приспособление, используемое для шлифования шаблонов и деталей с незамкнутым контуром, составленным дугами окружностей и прямолинейными участками, сопряженными друг с другом под различными углами. Такое приспособление с планшайбой устанавливается на стол плоскошлифовального станка.

Плунжер

Плунжер (англ. plunger от plunge – «нырять», «погружаться») – так определяется поршень, длина которого значительно превышает диаметр. Плунжер часто применялся в двигателях внутреннего сгорания, имевших большие габариты, а также в паровых машинах XIX – первой половины ХХ вв. (в частности, на пароходах). В настоящее время плунжер в механизмах применяется очень редко.

Подшипник

Подшипник – очень важная деталь, применяемая во многих механизмах – станках, транспортных машинах, подъемном оборудовании и др., определяется как часть опоры вала (или оси). Подшипник конструктивно состоит из одной или нескольких деталей, передающих опорной части усилия от вала (или оси) и обеспечивающих определенный режим вращения.

По принципу работы подшипники подразделяются на две большие группы: подшипники качения и подшипники скольжения.

Подшипник качения – подшипник, в котором между поверхностями вращающейся детали и поверхностью опоры расположены шарики или ролики. Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:

  1) по направлению воспринимаемой нагрузки;

  2) по форме тел качения;

  3) по числу рядов тел качения;

  4) по способности самоустанавливаться.

Практически повсеместно в различных механизмах применяются подшипники качения следующих видов:

  1) радиальные, к которым относятся шариковые однорядные и двухрядные сферические (самоустанавливающиеся); роликовые (с короткими или длинными цилиндрическими роликами – однорядные и двухрядные; двухрядные сферические – самоустанавливающиеся);

  2) радиально-упорные, подразделяющиеся на шариковые (однорядные и двухрядные; роликовые (однорядные конические, двухрядные конические и четырехрядные конические);

  3) упорные – к ним относятся шариковые (одинарные или двойные), роликовые (с цилиндрическими или коническими роликами и со сферо-коническими роликами). К подшипникам качения относятся также игольчатые и с витыми роликами. Подшипник качения обычно состоит из наружного и внутреннего колец, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора (детали, удерживающей тела качения на определенном расстоянии).

Шарикоподшипники радиальные однорядные (относящиеся к подшипникам качения):

  1) воспринимают не только радиальные, но и осевые нагрузки – до 70% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки;

  2) с успехом используются для чисто осевых нагрузок при высокой угловой скорости, когда упорные подшипники уже неработоспособны;

  3) фиксируют вал (или ось) в осевом направлении в обе стороны;

  4) при невысоких скоростях допускают относительный перекос валов (или осей) при повышенных радиальных зазорах.

Сферические роликоподшипники качения применяются для комплектации железнодорожных букс; прокатных станов; гребных валов (различных судов); насосов; лесопильных рам; мощных вентиляторов; дымососов; грохотов; редукторов и других машин, где действуют большие радиальные нагрузки и несоосность посадочных мест неизбежна.

Игольчатые подшипники качения применяются для поршневых и шатунных пальцев в буровых станках-качалках, в опорах кривошипно-шатунных и кулисных механизмов, карданах и коробках передач автомобилей, в серьгах рессор и др.

Подшипники качения с витыми роликами применяются в тихоходных узлах, например в рольгангах прокатных станов, в узлах сельскохозяйственных машин, в неответственных узлах тракторов, в опорах трансмиссионных валов металлургического оборудования и др.

Шариковые радиально-упорные подшипники качения применяются в опорах шпинделей металло– и деревообрабатывающих станков, в малых электродвигателях, центрифугах, червячных редукторах в механизмах различных приборов.

Однорядные конические роликоподшипники качения, как правило, устанавливаемые парно для обеспечения фиксации вала, применяются:

  1) в колесах самолетов;

  2) в железнодорожных буксах;

  3) в катках гусеничных тракторов;

  4) в опорах шпинделей металлорежущих станков;

  5) в зубчатых и червячных редукторах;

  6) в коробках передач и других машинах.

Упорные шарикоподшипники качения применяются:

  1) в тихоходных редукторах, в том числе и червячных;

  2) в опорах крюков подъемных кранов;

  3) во вращающихся центрах металлорежущих станков;

  4) в поворотных устройствах;

  5) в различных домкратах большой грузоподъемности;

  6) в опорах шпинделей различных станков и др.

Упорные роликоподшипники качения воспринимают большие осевые нагрузки, но могут работать лишь при малой угловой скорости, применяются:

  1) в вертлюгах в установках нефтедобывающей промышленности;

  2) в нажимных устройствах прокатных станов;

  3) в глобоидных червячных редукторах;

  4) в некоторых узлах самолетов и др. Подшипники качения обозначаются следующим образом: 210 – радиальный шариковый однорядный, легкой серии, диаметр отверстия 50 мм; 11 311 – радиальный шариковый сферический двухрядный средней серии, на закрепительной втулке, диаметр отверстия 55 мм.

Подшипник скольжения – подшипник, в котором цапфа непосредственно скользит по опорной поверхности; состоит обычно из втулки, изготовленной из антифрикционного материала и корпуса. Корпус и втулку такого подшипника выполняют неразъемными или разъемными в радиальном направлении, если этого требуют условия сборки деталей. Для компенсации перекосов корпус подшипника скольжения устанавливают в раме на сферической поверхности. Данный подшипник может иметь втулку с буртиком для восприятия осевой силы. Выполняют также подшипники скольжения с конической или сферической рабочей поверхностью, соответствующей поверхности цапфы, при этом они могут работать в условиях сухого, смешанного или жидкостного трения. Жидкостное трение получают либо подачей жидкости под давлением в место взаимодействия рабочих поверхностей (так называемая гидрообъемная смазка), либо за счет клиновидного зазора и относительного вращения деталей (гидродинамическая смазка). Клиновидный зазор, а соответственно, и избыточное давление при вращении цапфы относительно подшипника скольжения получают благодаря разности диаметров цапфы и подшипника, а также придания специальной формы втулке.

Подшипники скольжения подразделяются на две большие группы: металлические и неметаллические. В свою очередь металлические подшипники скольжения делятся на радиальные; упорные (подпятники); радиально-упорные. Подшипники скольжения, устанавливаемые на осях транспортных машин, у которых основная радиальная нагрузка направлена вверх, называются буксами. Радиальные подшипники скольжения выполняются двух видов: неразъемные и разъемные. В свою очередь неразъемные радиальные подшипники скольжения (металлические) изготавливаются в нескольких вариантах:

  1) с литым корпусом;

  2) фланцевые;

  3) гнездовые;

  4) корпусные.

Радиальные подшипники скольжения устанавливаются на осях турбин, редукторов, рольгангов, прокатных станов, в опорах шпинделей металлорежущих станков и др.

Упорные подшипники скольжения устанавливаются как на горизонтальных, так и на вертикальных валах, применяются в основном в сочетании с радиальными подшипниками. К большой группе неметаллических подшипников относятся:

  1) металлокерамические (изготавливают с использованием бронзографита (цинка от 9 до 10%, графита от 1 до 4%, остальное медь), пористого железа (до 0,2% кремния, до 0,1% углерода, остальное железо), пористого железографита (от 1 до 3% графита, остальное железо);

  2) графитовые (для увеличения прочности и грузоподъемности таких подшипников их пропитывают металлами – свинцом, баббитом и др., и также фенолформальдегидными и кремниеорганическими смолами), применяются при сухом или полусухом трении, при повышенной температуре в месте установки (теплостойкость графита достигает +600 °С, в химически активных средах;

  3) текстолитовые (изготавливаются из текстолита 2 и 2Б; 3; ПТК и ПТ);

  4) из древесно-слоистых пластиков (ДСП), изготавливают из: ДСП-Б; ДСП-В; применяют такие подшипники в осях гидротурбин, прокатных станов (для легких и средних режимов работы), в механизмах затворов плотин и шлюзов, в гидравлических насосах;

  5) капроновые, капролоновые фторопластовые;

  6) резиновые – применяются в гидротурбинах, насосах, гребных валах, турбобурах и других механизмах при обильной смазке водой (причем вода подается под давлением от 0,5 до 0,75 атмосфер (от 5 до 75 Па).

Ползун

Ползун – звено какого-либо механизма, образующее поступательную пару со стойкой. Конструктивные исполнения ползуна разнообразны. Во многих случаях ползун образует с другим подвижным звеном вращательную пару (например, кривошипно-ползунный механизм). Кроме того, ползун применяется в сочетании с двумя поступательными парами (например, синусный механизм – устройство для воспроизведения функции положения механизма в виде синуса угла поворота входного звена, выполняют в виде кривошипно-ползунного механизма, в котором при повороте кривошипа, взаимодействующего через шатун с ползуном, реализуется функция положения ползуна: X = R sin φ, где φ – обобщенная координата (угол поворота) входного звена). Ползун выполняется в нескольких вариантах. Первый вариант: ползун перемещается поступательно вдоль направляющей и взаимодействует с шатуном, причем ползун имеет форму поршня, а направляющая может иметь выступ или паз; кроме того, профиль направляющей, а соответственно, и профиль сопряженных элементов ползуна может быть в виде «ласточкина хвоста» (или цилиндра, или плоскости).

Второй вариант: для уменьшения трения при движении по направляющим ползуну добавляют ролики или выполняют его в виде ролика, соответственно ролики катятся по направляющим.

Полиспаст

Полиспаст (греч. polyspaston, от polyspastos – «натягиваемый многими веревками или канатами») – простейшее устройство для подъема или перемещения грузов посредством гибкой связи, многократно огибающей подвижные и неподвижные блоки. Полиспаст выполняется обычно в трех вариантах:

  1) канат огибает неподвижные блоки и подвижные блоки так, что груз G висит на нескольких ветвях (в данном варианте на четырех). Усилие в канате при этом примерно равно 1/4 G (если не учитывать трения и наклона отдельных ветвей), т. е. сила F1 ≈ G / 4 , но при этом путь точки А примерно в 4 раза больше пути точки В. Такой полиспаст называют кратным: уменьшение силы F кратно числу ветвей. В зависимости от запасов каната связь в полиспасте между F и G может быть иной;

  2) полиспаст является степенным. В данном случае груз висит на четырех ветвях, однако F1 ≈ G / 8, т. е. F1 ≈ G / 2n, где n – число подвижных блоков.

  3) в гидроцилиндр с малым ходом S через полиспаст поднимает груз G на высоту 2S.

Полуось

Полуось представляет собой вал ведущего моста, установленный в самодвижущуюся колесную машину, которая создает передающее вращательное движение от дифференциального устройства на ведущее колесо.

Полуоси подразделяется на полностью разгруженные полуоси и полуразгруженные полуоси.

Полностью разгруженная полуось способна без затруднений проходить сквозь отверстие корпуса дифференциала, установленного в подшипниках ведущего моста, объединяется с помощью фланца со ступицей ведущего колеса, при этом подшипники ведущего колеса фиксируются на балке ведущего моста. Балка ведущего моста воспринимает как все продольные, так и поперечные силы. На полуось приходится только кручение.

Полуразгруженные полуоси оснащаются на конце ведущим колесом машины, поэтому полуось такого типа ощущает кручение и изгиб, полученный в результате воздействия сил, образованных на ведущем колесе.

Полностью разгруженные полуоси устанавливаются на грузовых автомобилях, на тяжелых тракторах, конструкция которых предусматривает наличие колес, на автобусах. Полуразгруженные полуоси предусмотрены в конструкциях легковых автомобилей с небольшой нагрузкой на колеса.

Поршень

Поршень – ползун, плотно перекрывающий поперечное сечение направляющего цилиндра. Поршни широко применяются в двигателях внутреннего сгорания (дизельных или бензиновых). Также поршни применяются в различных гидроцилиндрах:

1) поршневом одностороннего действия;

  2) поршневом двухстороннего действия с односторонним штоком;

  3) поршневом двухстороннего действия с двухсторонним штоком;

  4) поршневом телескопическом;

  5) поршневом с торможением в конце хода.

В указанных гидроцилиндрах поршень является главным и очень важным составным элементом, обеспечивающим преобразование энергии потока рабочей среды (жидкости, в основном в виде специального масла – веретенного или гидравлического, или индустриального) в энергию поступательного движения выходного звена. Поршни также широко применяются в различных пневмоцилиндрах, в которых рабочей средой является сжатый воздух; аксиально-поршневых гидромашинах (или поршневых гидромоторах); аксиально-поршневых пневмомоторах). Поршневые гидро– и пневмоцилиндры широко применяются на станочных автоматических линиях машиностроительных производств и других машинах.

Поршневая машина

Поршневая машина – машина, в которой главным рабочим элементом является поршень – один или чаще всего несколько. Классическим примером поршневой машины является радиально-поршневой гидромотор – поршневой гидромотор, у которого оси поршней перпендикулярны оси блока цилиндров или составляют с ней углы более 45°. Поршневые гидромоторы бывают однократного и многократного действия, у которых соответственно в каждой рабочей камере совершается один рабочий цикл и два рабочих цикла или более за один оборот выходного звена. В корпусе поршневого гидромотора размещают симметрично несколько цилиндров. В цилиндрах под действием жидкости перемещаются поршни, которые через шатуны воздействуют на эксцентриковый (кривошипный) вал, являющийся выходным звеном. Жидкость в данной поршневой машине под давлением подается в цилиндры поочередно через гидрораспределитель, вращающийся вместе с выходным звеном. Работа поршневой машины любого вида в гидроисполнении характеризуется некоторой неравномерностью хода, обусловленной пульсацией подачи гидравлической жидкости. Во многих вариантах поршневых гидромашин ход поршней, а следовательно и объем гидравлической жидкости, поступающей за один цикл в цилиндры, зависит от эксцентриситета, причем в некоторых вариантах исполнения поршневых машин величину эксцентриситета регулируют, поворачивая корпус (машины) относительно опоры. В других вариантах поршневых гидромашин (в частности, гидромоторах) на поршнях устанавливают ролики, при этом за один оборот кулачка каждый из поршней совершает по восемь циклов возвратно-поступательного движения, но число циклов не зависит от числа поршней. Другими примерами поршневых машин являются аксиально-поршневые гидромоторы и радиально-поршневые пневмомоторы, применяющиеся в основном в станочных автоматических линиях.

Пресс

Пресс (фр. presse, от лат. presso – «давлю», «жму») – машина для обработки какого-либо материала давлением, для неударного (статического) воздействия на обрабатываемый материал. Пресс широко используется в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, причем в различных модификациях – начиная от пресса, применяемого в винодельческих хозяйствах, кончая мощными ковочно-штамповочными механическими прессами. Ковочно-штамповочный механический пресс представляет собой кузнечнопрессовую машину, в которой преобразование движения и передача усилия от привода к ползуну осуществляется при помощи кинематической цепи с жесткими звеньями. Подобная машина применяется в промышленных производствах в разных вариантах конструктивного исполнения.

Первый вариант: пресс имеет кинематическую цепь в виде двух кривошипно-ползунных механизмов. Привод кривошипов осуществляется от двигателя через зубчатую передачу. Ползун пресса установлен в направляющих и соединен с кривошипами посредством двух шатунов. Привод расположен над рабочим столом, на который помещается обрабатываемый материал. Давление на материал производится при помощи ползуна.

Второй вариант: пресс имеет один кривошип; привод расположен над рабочим столом; ползун, оказывающий давление на материал, выполнен в виде рамы и опирается на пружины; движение в процессе работы передается от кривошипа через шатун.

Третий вариант: кинематическая цепь пресса представляет собой шестизвенный плоский механизм. Кривошипно-коромысловый механизм, имеющий три подвижных звена, соединен посредством шатуна с ползуном.

Четвертый вариант: пресс имеет винтовой реверсивный привод. Два диска данного пресса вращаются в одном направлении. При взаимодействии какого-либо диска (из двух) со шкивом последний вращается в ту или другую сторону, при этом ползун поднимается или опускается в процессе обработки материала с помощью винтовой пары.

Пятый вариант: в прессе привод двух ползунов осуществляется от кривошипа, причем первый ползун, производящий давление на обрабатываемый материал, приводится в движение посредством кривошипно-ползунного механизма (состоящего из трех подвижных звеньев). Второй ползун этого пресса приводится в движение посредством шестизвенного механизма, включающего пять подвижных звеньев и стойку (неподвижную). Существуют и другие варианты выполнения прессовых машин, в том числе с использованием кулачкового механизма.

Раздаточная коробка

Раздаточная коробка устанавливается в трансмиссии машины непосредственно за коробкой передач. Для машин, используемых в условиях тяжелой дорожной проходимости, характерно наличие раздаточной коробки с двухступенчатым редуктором, который направлен на увеличение передаточного числа трансмиссии, при этом общее число передач увеличивается в два раза. Также автомобили могут оснащаться раздаточной коробкой, соединенной с межосевым дифференциалом, такая конструкция позволяет колесам средней и задней ведущих осей производить вращение на различных скоростях, если движение автомобиля происходит на неровной дороге.

Распределительный вал

Распределительный вал – устройство, широко применяемое в различных станках-автоматах, представляет собой металлический стальной стержень с жестко посаженными кулачками, осуществляющими подачу суппортов станков в процессе обработки заготовки (или детали). Продольный распределительный вал устанавливается на передней стороне станины станка, а поперечный распределительный вал – в верхней части станка, где находятся различные исполнительные механизмы. Во многих станках-автоматах (в том числе токарно-револьверных) участок продольного распределительного вала с кулачками подачи поперечных суппортов выполняется быстросъемным, что способствует высокой производительности труда. В токарном станке-автомате управление работой продольного суппорта осуществляется кулачками, установленными на распределительном валу, где также находятся командные кулачки, которые осуществляют автоматическое управление всем циклом работы автомата. В токарных станках-автоматах распределительный вал вращается по-разному.

Вариант первый: у станка-автомата имеется один распределительный вал, равномерно вращающийся в течение всего цикла обработки заготовки (или детали), при этом рабочие и холостые ходы выполняются при одной скорости вращения данного вала, которая определяется из условий рабочих ходов.

Вариант второй: станок-автомат имеет один распределительный вал, у которого в течение одного рабочего цикла осуществляются две скорости вращения: малая – на рабочих ходах и большая – на холостых ходах. Такой вал устанавливается на станках-полуавтоматах и многошпиндельных автоматах.

Вариант третий: распределительный вал установлен у токарных автоматов в сочетании с быстровращающимся вспомогательным валом, при этом:

  1) распределительный вал управляет рабочими ходами и частью холостых ходов (в частности, быстрым отводом и подводом суппортов);

  2) вспомогательный вал осуществляет управление остальными холостыми ходами – переключение револьверной головки с режущим инструментом, подачу и зажим заготовок (или деталей);

  3) скорость вращения распределительного вала изменяется, а скорость вращения вспомогательного вала остается постоянной.

Реверс

Реверс (англ. reverse, от лат. revertor – «поворачиваю назад», «возвращаюсь») – реверсивный механизм, выполняется в виде устройства, обеспечивающего возможность изменения направления движения выходного звена какой-либо машины или станка на противоположное. Реверс состоит из двух механизмов, расположенных параллельно между входным и выходным звеном. Один механизм передает вращение выходному звену в одну сторону, а другой изменяет в случае необходимости направление вращения выходного звена на противоположное. Наглядным примером реверса служит многодвигательный привод тягача (транспортной машины), где в качестве коробки передач использованы планетарный реверс и трехскоростная планетарная передача, соединенные последовательно. Благодаря наличию реверсивного механизма путем изменения скорости в одной из ветвей можно повернуть машину (т. е. тягач). Реверс тягача состоит из двух планетарных однорядных механизмов, управляемых двумя тормозами. При включении первого тормоза участвует в передаче движения первый слева механизм и осуществляется движение тягача вперед, а при включении второго тормоза первый и второй механизмы соединяются в замкнутую передачу вращения. Последовательное соединение реверса тягача и коробки передач позволяет получать передаточные отношения, равные произведениям передаточных отношений составляющих узлов реверса и коробки передач. Существует и другой вариант выполнения реверсивного механизма тягача, в котором коробка передач (тягача) с гидрозамедлителем состоит из четырех планетарных механизмов, управляемых четырьмя тормозами и двумя муфтами. Один из планетарных механизмов выполняется блокируемым. Второй и третий механизм образуют двухскоростную передачу, а третий и четвертый планетарные механизмы тягача образуют реверс. (Примечание: планетарный механизм – устройство, содержащее взаимодействующие между собой колеса с перемещающейся в пространстве осью вращения хотя бы одного из них. Планетарные механизмы подразделяются на три большие группы: планетарные зубчатые передачи, планетарные фрикционные механизмы и зубчато-рычажные планетарные механизмы.) В различных машинах применяется так называемый планетарный редуктор-реверс в виде планетарного механизма, позволяющего путем переключения элементов управления получать режимные схемы с положительным и отрицательным передаточным отношением, по абсолютной величине превышающим единицу. Во многих современных машинах и различных станках реверсивные механизмы выполняются с автоматическим переключением. В таком реверсе вращение через зубчатую пару, коническую зубчатую передачу передается шестерне. Шестерня зацепляется с внутренним венцом, и вал механизма вращается в одну сторону. Вал шестерни скользит по пазу и после определенного числа оборотов переводит шестерню в зацепление с внешним венцом, при этом главный вал реверса вращается в другую сторону. При переключении, которое осуществляется автоматически с помощью паза (паз – прорезь в виде канавки на деталях различных машин), шестерня перемещается вместе с конической передачей и колесом вдоль шестерни. Все перемещаемые звенья реверсивного механизма установлены на ползуне. В авиационной технике широко применяется особый вид реверса – так называемый реверс-шумоглушитель, выполненный в виде специального устройства, предназначенного для одновременного реверсирования тяги газотурбинного двигателя глушения шума высокой интенсивности (как известно, сильный шум от двигателей вызывает вибрацию корпуса летательного аппарата). В данном случае на кожухе сопла газотурбинного двигателя устанавливаются решетки реверса тяги. В режиме посадки самолета с газотурбинным двигателем включается привод, который посредством винтовой пары выдвигает кожух сопла вместе с решеткой реверса тяги. При этом створки перекрывают выходное отверстие сопла двигателя, и поток газов направляется через решетки реверса тяги, а в результате достигается значительное снижение интенсивности шума от работающего двигателя (или двигателей).

Револьверная головка

Револьверная головка – специальное устройство, в котором устанавливаются различные режущие инструменты: сверла, зенкеры, развертки, метчики и др. Револьверная головка является важным составным элементом токарно-револьверных станков (автоматов и полуавтоматов), устанавливается на продольном суппорте станка. Применение револьверной головки на указанных станках позволяет выполнять обработку заготовок (или каких-либо деталей) сложной формы и одновременно значительно уменьшить вспомогательное время (т. е. повысить производительность труда). Револьверная головка, имея вертикальную, горизонтальную и в ряде случаев (т. е. модификаций) наклонную ось вращения, периодически поворачивается в соответствии с последовательностью технологического процесса и фиксируется относительно продольного суппорта. Кроме того, через ось револьверной головки подводится к обрабатываемой заготовке (или детали) смазочно-охлаждающая жидкость с целью улучшения режима резания. Револьверные головки широко применяются в станочных автоматических линиях машиностроительных предприятий.

Редуктор

Редуктор – устройство, выполненное в виде понижающей передачи, которая обычно включает в себя систему нескольких взаимодействующих звеньев, заключенных в единый корпус. При использовании в редукторе зубчатых передач его называют зубчатым редуктором, а также планетарным. Планетарный редуктор, в частности, применяется в таком грузоподъемном механизме, как соосная лебедка, у которой двигатель, барабан и редуктор установлены соосно. В указанной лебедке планетарный редуктор обычно встраивается в барабан, а в некоторых случаях такой редуктор выполняется в виде двух механизмов, размещенных по разные стороны барабана. Редуктор устанавливается также в вертолетах, где он является очень важным элементом, обеспечивающим вращение в нужном режиме лопастей несущего винта (лопасти вертолета связаны с выходным валом редуктора). Планетарный редуктор устанавливается также в таком устройстве как мотор-колесо, предназначенном для передвижения транспортных машин. В такое колесо встраивают двигатель, тормоз и планетарный редуктор, при этом они в совокупности выполняют ряд функций:

  1) получение нескольких ступеней изменения скорости;

  2) разобщение кинематической цепи при движении машины по инерции и при буксировке;

  3) рабочее торможение;

  4) стояночное торможение.

На многих конвейерах различных промышленных производств применяется так называемый мотор-барабан – приводной барабан конвейера со встроенным в него двигателем и редуктором. Причем редуктор применяется в двух вариантах: в первом варианте он имеет неподвижные оси, а во втором – в виде планетарного, составленного из двух однорядных механизмов (из которых первый механизм имеет ведомое водило и неподвижное центральное колесо, а во втором механизме неподвижное водило закреплено на раме). В вертолетах также имеется редуктор несущего винта в виде зубчатой передачи, установленной между двигателями и несущим винтом вертолета и служащей для понижения частоты вращения винта по сравнению с частотой вращения двигателей. Редуктор является очень важной составной частью механизма поворота – устройства для углового перемещения одной части какой-либо машины (транспортные, землеройные, грузоподъемные и др.) относительно другой ее части. У карьерного экскаватора, например, двигатель и редуктор установлены на платформе. Выходное звено редуктора – шестерня – зацеплено с зубчатым колесом на раме экскаватора. Шестерня, обегая по окружности зубчатое колесо, поворачивает платформу. Редукторы применяются также в пассажирских железнодорожных вагонах (вагонах-ресторанах, купейных, спальных и др.) с установкой под вагоном на колесной оси. В данном случае редуктор служит для передачи вращения от вагонной оси к генератору, который также устанавливается под вагоном (генератор обеспечивает электроэнергией системы освещения, вентиляции, кондиционирования и др.).

Ременная передача – механизм для передачи вращения посредством фрикционного взаимодействия замкнутой гибкой связи с жесткими звеньями. Гибкую связь временной передачи называют приводным ремнем, а жесткие звенья (в количестве двух) – шкивами. С помощью ременной передачи достигается высокая плавность работы всего механизма в целом, но при перегрузках наблюдается пробуксовывание. Ременная передача характеризуется обязательным относительным скольжением звеньев. Как правило, ременную передачу используют в приводах мощностью до 50 кВт при скоростях ремня до 30 м/с. Данная передача характеризуется передаточным числом «u» – отношением диаметров большего и меньшего шкивов. Обычно принимают u < 4, но встречаются ременные передачи с u = 10. Передаточное отношение i = u(1 + ζ), где ζ (греч. дзета) – коэффициент, учитывающий относительное скольжение. Обычно ζ = 0,01 / 0,02. В зависимости от сечения ремня различают плоскоременные, круглоременные и клиноременные передачи. Последние в настоящее время наиболее распространены, потому что обладают более высокой несущей способностью. Во многих случаях в различных механизмах применяют чаще всего несколько параллельно расположенных текстропных клиновых ремней. Кроме того, в передачах со шкивами малых диаметров используют текстропные клиновые ремни с гофрами на внутренней поверхности. В некоторых механизмах применяют такие виды ремней, как поликлиновой и зубчатый. В ременной передаче всех видов обязательно обеспечивают начальное натяжение ремня перемещением осей шкивов или с помощью натяжного ролика. При передаче вращающего момента сумма натяжений в ветвях ремня S1 и S2 практически остается неизменной. Отношение окружного усилия на шкиве F к S1 + S2 называют коэффициентом тяги φ (греч. фи). Величина φ характеризует степень загрузки ременной передачи, причем, чем выше φ, тем больше ζ. После предельного значения φK скольжение резко возрастает и далее начинается буксование, сопровождающееся сильным нагревом ремня с последующим выходом из строя. Коэффициент полезного действия ременной передачи зависит от величины – и достигает максимума при φ = φK. Как показала многолетняя практика применения ременных передач, обычно φK. ≤ 0,45 / 0,6.

Роликоподшипник

Роликоподшипник (см. «Подшипник») – подшипник, у которого во внутренней части установлены ролики разных видов и размеров. Роликоподшипники подразделяются на три большие группы (основные): I – радиальные, II – радиально-упорные, III – упорные.

Указанные группы, в свою очередь, также делятся на подгруппы.

  I. Радиальные роликоподшипники:

1) с короткими цилиндрическими роликами, однорядные;

  2) то же, двухрядные;

  3) трехрядные сферические самоустанавливающиеся;

  4) с длинными цилиндрическими роликами;

  5) игольчатые;

  6) с витыми роликами.

  II. Радиально-упорные роликоподшипники. К данной группе относятся:

1) роликовые однорядные конические;

  2) роликовые однорядные конические с упорным бортом на наружном конце;

  3) роликовые двухрядные конические;

  4) роликовые четырехрядные конические.

  III. Упорные роликоподшипники. Эта группа включает:

1) роликоподшипники с цилиндрическими роликами;

  2) роликоподшипники с коническими роликами;

  3) роликоподшипники со сфероконическими роликами.

Кроме того, в некоторых механизмах, имеющих небольшие размеры и нагрузки, применяются проволочные роликоподшипники с плоскими проволоками, размещенными в наружном и на внутреннем кольце. В тех механизмах, которые эксплуатируются в неблагоприятной производственной сфере (в частности, высокое содержание пыли в воздухе), применяются разъемные роликоподшипники, состоящие из двух внутренних полуколец, имеющих косой стык, двух наружных полуколец, имеющих V-образный стык, двух половин сепаратора и четырех зажимных полуколец, соединяемых болтами. Роликоподшипники всех видов широко применяются в различных станках (токарно-винторезных, фрезерных, шлифовальных), прокатных станах, конвейерных линиях (транспортирующих тяжелые грузы) и др. В роликоподшипниках для уменьшения кромочных давлений применяют ролики, имеющие выпуклый профиль или скосы, или же кольца с выпуклым профилем роликовой дорожки (так называемая бомбина). Значительная часть роликоподшипников, относящихся к подшипникам качения, выдерживает большие радиальные и осевые нагрузки, причем значительные нагрузки воспринимают двухрядные – с цилиндрическими роликами, а также радиальные сферические двухрядные. Например, сферические роликоподшипники применяются для букс железнодорожных грузовых и пассажирских вагонов, цистерн, думпкаров, полувагонов, прокатных станов, в мощных карьерных экскаваторах, бульдозерах и др.

Рольганг

Рольганг (нем. Rollgang, от Rolle – «ролик», «каток» и Gang – «ход») – устройство для транспортирования штучных грузов по роликам, размещенным на небольшом расстоянии один от другого на опорной станине. Рольганги широко применяются на прокатных станах металлургических производств (прокат труб, стальной полосы, металлических стальных прутков, шестигранника, квадрата, уголков и др.). С рольганга указанная металлопродукция снимается специальным устройством и складируется в определенном месте (в частности, на складе готовой продукции) или загружается в полувагоны или на железнодорожные платформы для отправки потребителям.

Рычажный механизм

Рычажный механизм – механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Примером рычажного механизма является кулачково-рычажный механизм – устройство, представляющее собой соединение рычажных механизмов с кулачковыми механизмами. Такие соединения выполняются в двух вариантах:

1) последовательными;

2) параллельными.

В большинстве случаев под кулачково-рычажным механизмом понимают параллельные соединения. Применяют кулачково-рычажные механизмы для изменения в процессе движения длин звеньев рычажных механизмов и соответственно получения заданных законов движения и улучшения характеристик. Наиболее широко применяются рычажные механизмы в сочетании с зубчатыми механизмами или зубчато-рычажные механизмы. Такой вид механизмов представляют собой устройства, содержащие взаимодействующие между собой зубчатые и рычажные механизмы, причем их соединения могут быть последовательными или параллельными.

В различных станках, машинах и автоматических системах управления в машиностроительных производствах применяют в основном параллельно соединенные зубчато-рычажные механизмы. В частности, используется так называемая римская передача – семизвенный механизм с ползуном, приводимым в движение через суммирующий рычаг и два шатуна от двух зацепляющихся между собой зубчатых колес. В таком механизме ведущим или ведомым может быть либо рычаг, либо зубчатое колесо. Зубчато-рычажные механизмы в ряде вариантов содержат обычно две пары взаимодействующих зубчатых колес, из которых одно связано со звеном рычажного механизма. В целом зубчато-рычажные механизмы позволяют получать различные законы движения звеньев, улучшать силовые характеристики всего механизма. В большинстве случаев зубчато-рычажные механизмы используют в качестве направляющих и передаточных механизмов (особенно в станочных автоматических линиях, применяемых во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России).

Рым

Рым (от голл. ring – «кольцо») – металлическое кольцо, закрепляемое на машинах (в частности, транспортных) и их частях и предназначенное для захвата, перемещения машин при транспортировании, разборке или монтаже. Рым в виде колец или скоб устанавливают на причалах (морских, речных, озерных и др.) для облегчения швартовки различных судов (грузовых и пассажирских), на палубах, в трюмах для закрепления тросов, блоков, талрепов и др.

Сваебойное оборудование

Сваебойное оборудование – различного вида оборудование, применяемое для погружения в грунт свай при выполнении строительных работ на нулевом цикле (т. е. при подготовке каких-либо фундаментов). К сваебойному оборудованию относятся свайные молоты, вибропогружатели, вибромолоты, вдавливающие и вибровдавливающие агрегаты, а также копры для подвески и подъема молота при забивании свай в грунт.

Свайный молот

Свайный молот – строительная машина ударного действия, предназначенная для забивания свай в грунт. Свайные молоты бывают трех видов:

  1) механические (груз поднимают лебедкой, а потом отпускают, при этом производится удар по головке сваи);

  2) паровоздушные (применяются редко);

  3) дизельные, у которых массивный цилиндр (т. е. баба) сбрасывается на поршень, установленный на головке свай. При этом впрыскиваемое в цилиндр дизельное топливо сгорает, а расширяющиеся газы подбрасывают цилиндр вверх для нанесения нового удара по свае.

Скип

Скип (от англ. skip) – автоматически разгружающийся сосуд (в виде короба), предназначенный для подъема сыпучих материалов. Скип применяется в основном для подъема различных полезных ископаемых, а также сопутствующей им породы из шахты. Кроме того, скип используется для:

  1) загрузки шихты в доменные печи металлургических производств;

  2) вагранки;

  3) подачи угля в крупных котельных или тепловых станциях (работающих на угле) и др.

Скипы в шахтных разработках для вертикальных стволов двигаются по канатным или рельсовым направляющим, а для наклонных стволов обычно устанавливаются на колесах и перемещаются соответственно по рельсам (узкой колеи).

Стойка

Стойка – устройство, имеющее широкое распространение в различных механизмах, приборах, станках и др. В теории машин и механизмов стойка определяется как звено механизма, принятое за неподвижное. Элементарный пример стойки представляет ростомер, предназначенный для измерения роста человека в положении стоя. Ростомер представляет собой стойку со шкалой, укрепленную на платформе с подвижной доской-визиром, по положению которой отсчитывают рост в сантиметрах. Другой пример – медицинские весы, предназначенные для определения массы тела человека в положении стоя. Такие весы состоят из платформы со стойкой. Стойки простой конструкции широко применяются в измерительной технике, где стойкой называют установочное устройство, в которое закрепляются в вертикальном положении измерительная головка, а на столик помещается измеряемая деталь. Стойки с неподвижным столиком изготавливают типа C-III с круглым столиком и типа С-IV с широким прямоугольным столиком. Обе указанные стойки имеют присоединительное отверстие – 8-мм – для гильз измерительных головок. Стойки с подвижным столиком имеют присоединительный размер – 28 мм. Эти стойки изготавливают типа С-II с круглой колонкой и круглым столиком типа С-I, имеющие ребристую колонку с вертикальными направляющими, ребристый столик прямоугольной формы и основание повышенной жесткости. Для измерения размеров методом сравнения с мерой и отклонений формы поверхностей деталей машин и инструментов применяются разнообразные стойки.

Строп

Строп (от голл. strop – «петля») – широко применяемое простейшее устройство, используемое для подвешивания различных грузов к крюкам, скобам, траверсам – отрезок троса или цепи, замкнутый в кольцо или образующий петлю. В некоторых подъемных механизмах применяются автостропы – автоматические приспособления, предназначенные для захвата и освобождения груза.

Для изготовления стропов применяют стальные канаты (тросы) из шести прядей по 37 проволок или шести прядей по 36 проволок. Стропы из этих тросов, как более гибкие, применяют в основном для подвешивания грузов путем их обвязки, т. е. огибанием. Стропы, изготовленные из более жесткой проволоки, не применяют для обвязки грузов, а оснащают специальными петлями или крюками из прочной стали. Универсальные или бесконечные стропы изготавливают в виде петли нужной длины путем сращивания концов заплеткой на длину не менее 40 диаметров троса. Облегченные стропы с заделанными концами изготавливают с петлями и коушами или крюками на одном или на обоих концах в зависимости от назначения. Часто применяются при погрузо-разгрузочных работах так называемые пауки – стропы, изготавливаемые из двух, четырех и более ветвей (тросовых). Стропы после их изготовления испытывают нагрузкой, вдвое превышающей допускаемую, при этом к ним прикрепляют бирку с указанием их грузоподъемности и даты испытания. Для разгрузки труб большого диаметра к концам строп прикрепляют специальные крюки в виде торцовых захватов.

Свободного хода механизм

Свободного хода механизм – устройство, в котором возможно свободное движение входного или выходного звена относительно соответственно выходного или входного звена при изменении направления их движения. Условия взаимодействия входного и выходного звеньев механизма свободного хода при их относительном движении в том или ином направлении различны. Это различие может быть достигнуто путем обеспечения давления звеньев при их движении в одном направлении и исключения давления в другом направлении, либо путем заклинивания, самоторможения одного звена относительно другого в одном направлении и свободном движении в другом направлении. В первом случае механизм свободного хода называется нефрикционным, а во втором – фрикционным. В обеих разновидностях различие условий взаимодействия достигается выбором углов давления одного звена на другое. Механизм свободного хода в зависимости от какого-либо вида позволяет обеспечивать различные режимы движения. Механизмы свободного хода могут быть предназначены для преобразования поступательного движения и для преобразования вращательного движения.

Примером механизма свободного хода является механизм прерывистой подачи – устройство, транспортирующее материал в виде металлического стального прутка или стальной ленты, периодически захватывая и перемещая его, т. е. материал. В механизме прерывистой подачи (в одном из многих вариантов) применяются специальные упругие зажимы. Металлический пруток при действии одного из двух зажимов неподвижен, а при освобождении прутка от его действия перемещается вместе с первым зажимом. Второй зажим является управляемым и замыкающим. При введении в неподвижный конус его упругие элементы сходятся, приближаются друг к другу и зажимают металлический пруток. Действие первого зажима такого механизма (т. е. прерывистой подачи) основано на разности сопротивления перемещению прутка при рабочем и холостом ходе. Упругие элементы первого зажима все время прижаты к металлическому прутку, но при холостом ходе (когда пруток зажат вторым зажимом) они скользят по поверхности прутка, а при рабочем ходе перемещаются вместе с ним. Первый зажим механизма совершает возвратно-поступательное движение с помощью коромыслово-ползунного механизма, состоящего из трех звеньев подвижных. Регулировка подачи металлического прутка в данном механизме обеспечивается перемещением специального ползуна. В процессе работы механизма свободного хода при изменении длины плеча коромысла изменяется ход первого зажима и соответственно скорость подачи металлического прутка. В некоторых случаях применяется механизм свободного хода одинарный одностороннего действия, имеющий два основных звена – входное и выходное. При этом входное звено передает вращающий момент только в одном направлении, а в другом направлении вращается свободно относительно выходного звена, т. е. перестает быть ведущим. Чаще всего применяется в различных машинах механизм одинарный свободного хода двустороннего действия, имеющий три основных звена: входное, выходное и звено управления. В данном варианте, кроме режимов механизма свободного хода одинарного одностороннего действия, осуществляется с помощью звена управления свободное вращение входного звена в обоих направлениях относительно выходного звена. Указанные механизмы свободного хода имеют обычно ролики, звездочку, обойму и три пружины, но для повышения несущей способности механизма свободного хода в некоторых случаях вместо роликов используют клинья, кулачки, эксцентриковые элементы; при этом обеспечивается большой приведенный радиус кривизны в месте контакта либо вообще контакт осуществляется по поверхности. В большинстве случаев для обеспечения плавного перехода с режима передачи движения на режим свободного движения и для уменьшения потерь на трение в переходных режимах используют механизм свободного хода планетарный с приводным сателлитом. (Примечание: сателлит (от лат. satellitis – «спутник», «телохранитель») – зубчатое колесо планетарной передачи с подвижной осью вращения. Сателлит одновременно вращается вокруг своей оси и совершает движение вместе с водилом.)

Синтез механизмов

Синтез механизмов – проектирование схемы каких-либо механизмов машин, станков и другого оборудования по заданным свойствам движения отдельных составных элементов и в целом всей системы. Синтез механизмов включает в себя выбор структурных схем и определение постоянных параметров выбранной схемы механизмов по заданным определенным свойствам. Различают два вида синтеза механизмов.

  I. Кинематический синтез – определение параметров кинематической схемы механизмов по заданным кинематическим свойствам.

  II. Динамический синтез – проектирование кинематической схемы с определением параметров, характеризующих распределение масс звеньев, составляющих конкретный механизм.

В синтезе механизмов нередко применяется так называемый метод Монте-Карло (или случайный поиск) в виде определения выходных параметров синтеза, при котором переход от одной комбинации параметров к другой носит произвольный характер. Такой метод предусматривает следующие этапы:

  1) произвольный выбор выходных параметров из набора случайных чисел и проверку ограничений;

  2) вычисление целевой функции;

  3) выбор других случайных значений выходных параметров, проверку ограничений и вычисление целевой функции;

  4) повторение этапов до тех пор, пока величина целевой функции не станет равной допустимой величине или практически перестанет уменьшаться.

Начиная со второй половины 90-х гг. ХХ в. во многих передовых странах мира (США, Англии, Японии и др.) стали широко применяться компьютерные методы синтеза механизмов, что намного облегчило решение весьма трудных задач по выбору кинематических схем механизмов.

Стопор

Стопор (от англ. stopper – «пробка», «затычка», от stop – «преграждать», «останавливать») – деталь (или часть детали в виде выемки или выступа) или специальное устройство, останавливающее, удерживающее звенья какого-либо механизма в определенном положении при наличии самоторможения в направлении перемещения удерживаемого звена.

Стопоры, в отличие от фиксаторов, не выключаются от действия сил в направлении перемещения какого-либо удерживаемого звена механизма.

Включаются стопоры по-разному – принудительно или автоматически (последнее чаще всего), а выключаются только принудительно. Выполняют стопоры в нескольких вариантах:

  1) в виде ползуна, входящего в паз перемещаемого звена под действием пружины; выводится ползун-стопор из паза с помощью кнопки;

  2) в виде защелки, которая прижата к храповому колесу под действием пружины. Рычаг с защелкой при движении по часовой стрелке увлекает за собой храповое колесо; затем при нажатии на рукоятку защелка выводится из зацепления с храповым колесом;

  3) стопор с защелкой, соединенной с рукояткой, поджимается к пазам звена пружиной. При нажатии на рукоятку защелку выводят из зацепления со звеном механизма;

  4) защелка-стопор прикреплена к рукоятке в виде листовой пружины, под действием которой западает в паз звена механизма;

  5) ползун-стопор выполнен в виде цилиндрической металлической зубчатой рейки.

Вводится и выводится ползун-стопор в зацепление с сопряженной деталью механизма поворотом шестерни. Выделяются в особую группу так называемые беззазорные стопоры, обеспечивающие жесткое соединение сопрягаемых звеньев какого-либо механизма.

Соответственно стопоры выполняются в следующих видах:

  1) стопор оформлен разрезным упругим, при этом при введении его во взаимодействие с зубом он расклинивается в направляющей и тем самым обеспечивает беззазорное соединение;

  2) стопор в виде клина входит во взаимодействие с клиновым пазом звена механизма; клин расклинивается в направляющем пазу с помощью второго клина, благодаря чему выбираются зазоры в соединении;

  3) стопор-кулачок при вращении входит в паз звена механизма и стопорит его;

  4) два круглых диска имеют вырезы с радиусом кривизны, равным радиусу сопряженного диска.

При определенном положении дисков, являющихся составными элементами механизма, свободно вращается один из дисков, но стопорится второй. Существуют и другие варианты выполнения стопора в механизмах, машинах, автоматических системах управления станками, оборудовании, работающем в автоматическом режиме с компьютерным контролем, включая контроль с помощью фотоэлементов, связанных со стопором.

Ступица

Ступица – центральная, обычно утолщенная часть колеса с отверстием для посадки его на ось или вал какого-либо транспортного средства (начиная с простой повозки или телеги, кончая автомобилем). Ступица соединяется с ободом колеса спицами или диском.

Суппорт

Суппорт (от англ. и фр. support от позднего лат. supporto – «поддерживаю») – узел какого-либо металлорежущего станка (в частности, токарновинторезного), предназначенный для крепления и перемещения резца в процессе резания. Ступор состоит из:

  1) каретки, которая движется по направляющим станины (станка);

  2) фартука;

  3) поперечных салазок, движущихся по направляющим каретки;

  4) поворотной плиты;

  5) верхних (резцовых) салазок, на которых закреплен резцедержатель.

При обработке конических поверхностей на токарно-винторезном станке верхние салазки суппорта поворачиваются вместе с поворотной плитой (при отжиме двух фиксирующих гаек на винтах).

Передача движения от ходового вала или ходового винта к суппорту производится передаточным механизмом, находящимся в фартуке и преобразующим вращательное движение ходового вала и ходового винта в прямолинейное поступательное движение суппорта. На суппорте крепится резцедержатель станка на своей опоре при помощи конусного сопряжения.

Сцепление

Сцепление – специальное устройство в виде управляемой сцепной муфты, устанавливаемой между двигателем и коробкой передач какого-либо автомобиля (легкового или грузового). Сцепление оформляется следующим образом: у маховика двигателя фрикционная поверхность взаимодействует с диском, к которому при включенном сцеплении прижат другой диск. Прижатие осуществляется специальной пружиной, воздействующей на второй диск через рычаги (эти рычаги располагают симметрично под углом в 120° один к другому). Прижатие диска (второго) в трех точках обусловливает его плотное прилегание к первому диску. Для того чтобы выключить сцепление, нажимают на педаль, движение при этом через тягу и рычаг передается на подшипник, при этом, сжимая пружину, отводят рычаги от второго диска; под действием других пружин второй диск отходит от первого. В большинстве транспортных машин применяется гидравлическая система управления сцеплением. В этой системе при нажатии на педаль движение через шатун передается поршню, который продавливает рабочую жидкость (специальную гидравлическую) по специальному каналу. Под действием давления гидравлической жидкости перемещается поршень и через шатун осуществляется воздействие на рычаг. Возвращается рычаг в исходное положение пружиной. В больших транспортных машинах и тягачах применяется дополнительный усилитель в системе управления сцеплением. В этом случае нажатием на педаль приводят первый рычаг в движение через систему звеньев. Первый рычаг через шатун и второй рычаг воздействует на два клапана. Две пружины сжимаются, и клапан открывает доступ сжатому воздуху по каналу в полость пневмоцилиндра. Шток перемещается и передвигает третий рычаг. Одновременно перемещается второй рычаг, и клапан перекрывает доступ сжатого воздуха, а при прекращении нажатия на педаль второй клапан открывает канал, по которому сжатый воздух из полости выходит в атмосферу. Таким образом осуществляется выключение сцепления.

Таль

Таль (от голл. talie) – подвесное грузоподъемное устройство, содержащее лебедку для подъема груза и тележку. Таль выполняют в основном в четырех вариантах. Первый вариант: соосно двигателю располагают барабан с тросом и редуктор. Двигатель в данном варианте имеет подпружиненный конусный ротор. При включении двигателя ротор втягивается в статор и тормоз размыкается. При включении двигателя ротор под действием пружины перемещается влево, и тормоз автоматически замыкается. Второй вариант: двигатель тали непосредственно встроен в барабан, и его статор вращается вместе с барабаном. В корпусе редуктора дополнительно установлен тормоз. Третий вариант: барабан тали в виде обечайки без торцовых стенок установлен на подшипниках. Двигатель в этом варианте с неподвижным корпусом встроен в барабан. Четвертый вариант: двигатель тали встроен в барабан и соединен с планетарным трубчатым редуктором, установленным в отдельном корпусе. В различных отраслях промышленнохозяйственного комплекса России широко применяются тали рычажные марки ТР-1М и шестеренчатые ручные тали. Технические данные рычажной тали ТР-1М таковы: грузоподъемность – 1 т, максимальная высота подъема груза (при длине цепи в 5 м) – 2,2 м; усилие на рукоятке (при номинальном грузе) – 0,26 кН (0,27 кг/с), шаг грузовой цепи – 25 мм; расстояние между крюками: максимальное – 2500 мм, минимальное – 455 мм. Основные размеры: длина (с рукояткой) – 510 мм, ширина – 170 мм; масса (с грузовой цепью – 19,6 кг). Технические данные шестеренчатой ручной тали: грузоподъемность – 2 т, максимальная высота подъема груза – 12 м, тяговое усилие на цепи – 0,49 кН (50 кг/с), масса 75 кг.

Тельфер

Тельфер – грузоподъемный механизм, включающий такие элементы, как:

  1) электродвигатели – 2 шт.;

  2) редукторы – 2 шт.;

  3) лебедку;

  4) трос или цепь с крюком и стропами для захвата груза;

  5) пульт управления электродвигателями (дистанционное управление);

  6) тележку, перемещающуюся по направляющим (направляющие выполняются из швеллера шириной 80 мм).

Один из электродвигателей приводит в движение тележку тельфера (через редуктор зубчатой передачи). Второй двигатель, смонтированный в одном узле с лебедкой, через второй редуктор зубчатой передачи осуществляет вращение барабана лебедки с последующей намоткой троса (или цепи) при подъеме груза или размотку троса при опускании крюка со стропами для обеспечения захвата груза. Лебедка вместе с электродвигателем перемещается вдоль поперечной балки тельфера с помощью четырех небольших колес, выполненных в виде дисков. Тельфер имеет максимальную грузоподъемность до 5 т, а высоту подъема до 6 м. Тельферы обычно устанавливаются в складских помещениях предприятий и рассчитаны на выгрузку-погрузку малых партий груза в виде металлических труб небольшого диаметра, а также металлопроката (уголки, прутки, балки, швеллеры и т. д.). Под лебедкой тельфера устанавливается ограничитель подъема груза.

Тормоз

Тормоз (от греч. tormos – «отверстие для вставки гвоздя, задерживающего вращение колеса») – устройство для уменьшения скорости или полной остановки машины. Тормоза являются очень важным составным элементом грузоподъемных и транспортных машин, железнодорожного подвижного состава (включая тепловозы, электровозы, мотодрезины и др.).

Тормоз грузовой

Тормоз грузовой – устройство, предназначенное для удержания от вращения вала грузоподъемной машины; подразделяется на:

  1) ленточный;

  2) колодочный;

  3) дисковый;

  4) конусный.

Тормоз грузовой включается при отключенной системе питания привода. Выключают такой тормоз путем размыкания колодок или ленты (специальной тормозной). Управление тормозом грузовым выполняют с использованием:

  1) электромагнитов;

  2) гидроцилиндров;

  3) центробежного толкателя или других устройств в зависимости от конструкции грузоподъемной машины.

Электромагниты по-разному осуществляют управление тормозом:

  1) элементы электромагнита непосредственно воздействуют на два рычага и, сжимая две пружины, раздвигают тормозные колодки;

  2) электромагнит установлен между двумя коромыслами; при включении электромагнита одно коромысло притягивается к другому и через толкатель первое коромысло воздействует на пружину и раздвигает колодки.

От гидроцилиндра управление тормозом производится через пространственный механизм, при этом воздействуя на специальный рычаг, раздвигают тормозные колодки. В другом варианте пружины и гидроцилиндр размещают между рычагом и стойкой, при этом также оказывается воздействие на тормозные колодки через рычаг. В системе тормозов ленту (специальную тормозную) или колодки замыкают обычно пружинами. Например, лента тормозная огибает шкив, а через два рычага она соединена с коромыслом, взаимодействующим с магнитом. Три звена (коромысло и два рычага) образуют двухкоромысловый механизм, при этом два рычага соединены пружиной. Третий рычаг и вторая пружина используются для того, чтобы при отключении тормоза отводить ленту от шкива. Тормоза у железнодорожного подвижного состава образуют целую систему, в которой они связаны между собой и управление осуществляется совместно или раздельно по группам. Такая система из нескольких тормозов состоит из: пневмоцилиндров, балансирных звеньев, нескольких тяг и рычагов с выходом на специальные тормозные колодки, охватывающие колеса вагонов. (Тормозные колодки для подвижного железнодорожного состава выполняются из специальных марок чугуна, причем для тепловозов и электровозов они делаются усиленными.) В данном случае тормозные колодки связаны шарнирно со всем семизвенным механизмом, в который входит и пневмоцилиндр. В процессе управления тормозной системой колодки при соответствующем положении звеньев прижимаются к колесу (при включении системы тормозов для выполнения торможения) или удаляются от него. Кроме того, семизвенный механизм обеспечивает самоустановку колодок в зависимости от положения оси колеса.

У транспортных средств тормозные системы устроены по-разному. Простейшая система тормозов автомобиля управляется раздельно педалью и специальной рукояткой. В данном случае тормозная система включает в себя: тяги, рычаги, троса, кулачки управления колодками (тормозными), тормозной барабан. В другом варианте автомобильная система тормозов выполнена вакуумной и состоит из: педали, рычагов, тяги, пневмораспределителя (соединяющего полость цилиндра с всасывающим трубопроводом), поршня, кулачка, колодок (тормозных автомобильных), тормозного барабана, цилиндра. Поршень под действием атмосферного давления перемещается, поворачивает рычаг и через тягу поворачивает кулачок, который раздвигает колодки и прижимает их к тормозному барабану. При отпускании педали она возвращается в начальное положение, при этом пневмораспределитель соединяет полость цилиндра с атмосферой и тормозная система выключается. В тех случаях, когда тягач и прицеп составляют автопоезд, для управления тормозами используется специальный тормозной пневматический кран. Последовательность включения тормозных систем при различии времени их срабатывания обеспечивает синхронность подачи воздуха к тормозам тягача и прицепа.

Торсион

Торсион – торсионный вал (от фр. torsion – «скручивание», «кручение») – гибкий вал, служащий для передачи вращающих моментов. Торсион представляет собой пружину или тонкий металлический стальной стержень, работающий на кручение. Такой вал применяется в тех случаях, когда выполнение жесткого вала по конструктивным причинам затруднительно, например, для соединения станочных автоматических систем управления с приборами (например, рабочих органов механических систем с рычагами управления). Торсион применяется чаще всего в торсионных подвесках – подвесках ходовых колес. Во второй половине ХХ в. торсионные подвески использовались в легких танках и в некоторых автомобилях с небольшой полной массой.

Трансмиссия

Трансмиссия (от лат. transmissio – «переход», «передача») – устройство, предназначенное для передачи вращения от двигателя к потребителям энергии. Обычно под трансмиссией понимают силовую передачу для параллельного или смешанного соединения нескольких потребителей с одним двигателем. Примером трансмиссии является, например, трансмиссионный тормоз – устройство для торможения транспортной машины, устанавливаемое обычно на выходном валу коробки передач и приводимое вручную перемещением рукоятки управления. Трансмиссионный тормоз состоит из рукоятки управления, защелки, сектора, пружины, рычагов, подвижных звеньев, толкателя, колодок, шариков, тормозного шкива, связанного с валом. Торможение в трансмиссионном тормозе осуществляется следующим образом: от рукоятки движение через подвижное звено и один из рычагов передается толкателю, в свою очередь толкатель перемещает шарики, которые раздвигают колодки до их контакта с поверхностью тормозного шкива, связанного с валом. Начальное положение тормозных колодок в трансмиссионном тормозе регулируют с помощью специального кланового механизма.

Транспортер

Транспортер (от лат. transporto – «переношу», «перемещаю», «перевожу») – устройство, предназначенное для транспортировки каких-либо материалов (например, сыпучих) или грузов на небольшое расстояние. Транспортеры разных видов и типов широко применяются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России. Самый простой и небольшой по размерам транспортер винтовой применяется на многих станках-автоматах. Такой транспортер устанавливается в верхнем корыте основания станка под зоной резания металлических заготовок и предназначен только для удаления сыпучей стружки (в частности, стружки ступенчатой). Еще в 70-х гг. ХХ в. был создан конструкторами Союзводоканалпроекта скребковый транспортер для прямоугольных отстойников, который предназначался для очистки дна нефтеловушек и нефтеотделителей от выпадающих из жидкости осадков. Такой транспортер сгребал илистые осадки с горизонтального дна секций к специальным приямкам. Дальнейшее удаление осадков из приямков производится через донные клапаны и илоотводящий трубопровод. Скребковый транспортер применялся и применяется в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах для очистки оборотной воды от всплывающих нефтепродуктов. Такой транспортер представляет собой две шарнирно-пластинчатые цепи, к которым по их длине через 2—4 м прикреплены скребки из досок. Цепи приводятся в движение электродвигателем через редуктор и звездочки, закрепленные на четырех валах. Валы вращаются в самоустанавливающихся подшипниках, расположенных на кронштейнах, прикрепленных к стенкам. Один из четырех валов монтируется на подвижных подшипниках с направляющими, что позволяет натягивать цепи. Привод скребкового транспортера осуществляется от электродвигателя КОМ-22-6 мощностью 1,7 кВт с частотой вращения 930 мин-1 через редуктор ГТ-V-175,6 с передаточным числом i = 175,6 и цепные передачи с общим передаточным числом i = 16. При разгрузке сыпучих грузов из вагонов и полувагонов широко применяются шнековые транспортеры, главным элементом которых является вращающийся шнек, с приводом от электродвигателя. Такой транспортер состоит из металлического желоба, в котором установлен шнек с некоторым зазором от основания желоба. Шнек по концам закреплен в подшипниках качения. Транспортеры ленточные широко применяются в различных предприятиях аграрного сектора хозяйственного комплекса России. Данные транспортеры оснащены резинотканевой транспортерной лентой, опирающейся на ролики; кроме того, на самой ленте прикреплены поперечные планки, удерживающие какой-либо груз на поверхности. Подобные транспортеры применяются, в частности, на птицефабриках и животноводческих фермах. На элеваторах и в зернохранилищах применяются в основном шнековые транспортеры, предназначенные для перемещения зерна, например при загрузке автомашин-самосвалов или специальных зерновозов бункерного типа. Автомашины-зерновозы также имеют небольшой шнековый транспортер, применяемый при выгрузке зерна или комбикормов потребителю. Шнековые транспортеры также широко применяются на предприятиях стройиндустрии России.

Трикотажная машина

Трикотажная машина – то же, что и вязальная машина – машина для изготовления трикотажных полотен и различных изделий. В зависимости от способа прокладывания и провязывания нитей (пряжи) различают трикотажные машины поперечного вязания, на которых проложенная нить провязывается на всех иглах последовательно, и трикотажные машины продольного вязания, на которых одновременно прокладывается большое число нитей (каждая на свою иглу), а затем они провязываются в петли. Трикотажные машины характеризуются классом (число игл, приходящееся на единицу длины игольницы) и подразделяются на плоские; круглые; одинарные; двойные. По назначению такие машины делятся на:

  1) машины, предназначенные для выработки трикотажных полотен (гладких и рисунчатых);

  2) автоматы для вязания штучных трикотажных изделий или отделки деталей изделий (так называемый регулярный трикотаж), гладких или рисунчатых;

  3) полуавтоматы для изготовления трикотажных изделий или их частей, требующих последующего подкроя при окончательном пошиве какого-либо трикотажного изделия (полурегулярный трикотаж).

Тумблер

Тумблер (англ. tumbler, от tumble – «опрокидываться»), малогабаритный переключатель на два либо три положения с рычажно-пружинным приводом. Тумблер применяется главным образом для коммутации цепей управления (реже цепей питания) в электротехнических аппаратах, приборах и устройствах и в радиоэлектронной аппаратуре. Устанавливают тумблер обычно на панелях и щитках управления приборов (аппаратов) и пультах управления. Максимально допустимое напряжение 380 В, ток 3А.

Фальцовка

Фальцовка – производственный метод сгибания листа или изделия, которое производится с помощью специальных устройств, используя материал с плотностью до 200 г/м2.

Разработаны устройства, способные создавать четыре параллельных и два перпендикулярных фальца, перфорацию или биговку, на бумаге плотностью 80—170 г/м2.

Фальцовка применяется для изготовления буклетов, лифлетов, тетрадей, журналов, каталогов и т. д.

Фальцирующий механизм

Фальцирующий механизм – устройство, предназначенное для выполнения сгиба листа бумаги, широко применяется в полиграфических работах.

Данный механизм функционирует следующим образом: лист бумаги перемещается при вращении подающего цилиндра в положение, при котором линия сгиба располагается между захватывающими валиками.

Фальцирующий нож при этом выходит из продольной прорези барабана и образует сгиб листа. Далее лист захватывается валиками, складывается вдвое и перемещается.

Валики установлены на специальных рычагах и поджаты один к другому пружиной. Для привода фальцирующего ножа применяется планетарный зубчатый механизм. Водило фальцирующего механизма жестко соединено с цилиндром.

На указанном водиле установлены зацепляющиеся сателлиты (два). Один из сателлитов взаимодействует с неподвижным центральным колесом, а на втором сателлите жестко закреплен нож. Передаточное отношение между двумя колесами при остановленном водиле равно двум. При таком условии и длине ножа аω (омега), где аω – межосевое расстояние планетарной передачи, конец лезвия ножа во время фальцовки листа бумаги движется строго по вертикали.

Фрикционная передача

Фрикционная передача – механическая передача, служащая для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью сил трения, возникающих между дисками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и прижимаемыми друг к другу. Фрикционную передачу используют в бесступенчатых передачах, фрикционных прессах и фрикционных молотах. В большинстве случаев фрикционную передачу применяют в малонагруженных механизмах.

Фрикционная передача характеризуется тем, что допускает относительный поворот валов за счет незначительного проскальзывания сопряженных поверхностей трения при возрастании передаваемого крутящего момента выше предельной величины, из-за высоких скоростей вращения валов или из-за увеличения нагрузки на весь механизм в целом.

При расчете фрикционной передачи обязательно определяют крутящий момент, учитывая инерционные явления в период установившегося движения всех элементов какого-либо механизма (станка, машины, механической системы).

Фрикционная передача, выполненная в виде бесступенчатой передачи с соответствующим регулированием работы какого-либо механизма, имеет целый ряд преимуществ перед ступенчатыми передачами:

  1) облегчение возможности автоматизации и управления на ходу, например для поддержания постоянства скорости намотки пряжи в шпули, бумаги в рулоны, постоянства скорости резания при обточке нецилиндрических поверхностей заготовок или деталей на станках токарного типа, что приводит к значительному повышению производительности работы (примерно в два-три раза);

  2) повышение качественных показателей:

а) получение наивысшей чистоты поверхностей, обработанных на станках токарного типа;

б) повышение точности работы испытательных машин;

в) выход из области резонанса;

  3) повышение производительности и экономичности вследствие возможности выбора наиболее целесообразного режима процесса, в частности с наиболее полным использованием мощности электродвигателя (в том числе реверсивного).

Фрикционный механизм

Фрикционный механизм – устройство, в котором передачу движения, разгон или торможение осуществляют благодаря силам трения между прижимаемыми друг к другу элементами. Во фрикционном механизме, состоящем из жестких элементов (в передаче, муфте, тормозе фрикционного исполнения), минимальное требуемое усилие прижатия N = F21 / f0, где F21 = -F12 требуемая окружная сила, f0 – коэффициент трения покоя. При этом определяют момент трения, передаваемый благодаря силам трения. Для фрикционной передачи: Т1 = F21R1, T2 = F12R2, откуда Т1 / Т2 = R2 / R1 (только без учета потерь на трение).

Для колодочного тормоза тормозной момент T = f0Nr, для дискового тормоза зависимость такая же, но R (R2 – R1) / 2 – радиус, для которого определяется равнодействующая сил трения. В ременных передачах, ленточных конвейерах, тормозах и муфтах натяжение в ветвях S1 и S2 обеспечивает прижатие ремня или транспортерной ленты (резинотканевой) к шкиву. Если T = 0, то S1 = S2 = S0, а при T ≠ 0 из условия равновесия S1 – S2 = F, где F = T / R – окружная сила – сила трения между гибким элементом данного механизма и шкивом. При этом справедливо соотношение S1 / S2 = ef0α (формула Эйлера), где α – угол охвата шкива гибким элементом.

Суммарное начальное натяжение в ветвях S1 и S2 остается неизменным при приложении момента Т.

Наиболее широко в различных машинах, установках, станочных автоматических линиях применяется такой вид фрикционного механизма, как фрикционная муфта (от лат. frictionis – «трение») – устройство, предназначенное для соединения двух валов с передачей вращающего момента благодаря силам трения между пластинами или дисками, связанными с этими валами. Фрикционная муфта позволяет осуществлять плавное сцепление вращающихся валов, уменьшает динамические нагрузки при пуске, предохраняет привод от перегрузок. Другим примером фрикционного механизма является синхронизатор (от греч. synchronos – «одновременный») – устройство для безударного и бесшумного переключения с одного режима на другой коробки передач. Действие такого фрикционного механизма основано на предварительном уравнивании угловых скоростей соединяемых деталей. На валу синхронизатора устанавливается колесо таким образом, что оно может вращаться. Это колесо соединяют с валом посредством муфты, содержащей два звена. При осевом перемещении второго звена оно движется совместно с первым звеном благодаря фиксации шариком. Сначала в контакт вступает специальный фрикционный элемент, не рассчитанный на передачу рабочей нагрузки, но способный уравнять скорости звеньев – первого и третьего (в виде колеса, установленного на валу). При дальнейшем перемещении второго звена шарик отжимается и это звено (т. е. второе) входит своими зубьями во взаимодействие с зубьями указанного колеса. В результате полученное соединение обеспечивает передачу вращения от вала зубчатому колесу.

Храповый механизм

Храповый механизм – устройство, в котором относительное движение звеньев возможно только в одном направлении, а в другом направлении звенья такого механизма взаимодействуют благодаря давлению их элементов и не могут перемещаться относительно друг друга. Храповый механизм применяют в качестве задерживающего устройства в грузоподъемных механизмах. Храповым механизмом является, например, грузоупорный тормоз – фрикционный тормоз, управляемый автоматически в зависимости от вращающего момента на входном звене. Грузоупорный тормоз выключается только при наличии вращающего момента на входном звене, достаточного для преодоления сил сопротивления, приведенных к входному звену. Грузоупорный тормоз включается при отсутствии вращающего момента на входном звене. Храповый механизм применяется также в передачах периодического вращательного движения, в частности в устройстве для преобразования качательного движения в однонаправленном движении и т. д.

Цанга

Цанга (от нем. Zange) – приспособление в виде разрезной втулки для зажима цилиндрических или призматических предметов. Цанга применяется очень часто при выполнении различных токарных и слесарных работ. Например, цанга является важной составной частью разжимной оправки в виде разрезной упругой гильзы, имеющей наружную цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности. Такая цанга (т. е. разрезная упругая гильза) надевается на конический стержень оправки. Чтобы цанга обладала необходимыми упругими свойствами, на ней сделано шесть продольных прорезей. Деталь в оправке с цангой закрепляется гайкой. С помощью другой гайки цанга вместе с деталью снимается с оправки. Кроме того, цанга выполняется в виде специального приспособления – патрона. В частности, цанговый патрон устанавливается на конце гибкого вала шлифовальной электрической машины – так называемой бормашины. В цанговом патроне указанной машины можно закреплять самые разнообразные инструменты – борфрезы, напильники, надфили, абразивные головки (используемые для шлифования). Цанговый патрон, закрепленный на гибком валу, используется также в передвижном опиловочно-зачистном станке. В этом случае в цанговом патроне также закрепляется необходимый инструмент, такой как шлифовальные абразивные головки. При выполнении токарных работ на машиностроительных предприятиях часто используются такие приспособления, как:

  1) цанговый патрон, предназначенный для обработки заготовок (или деталей) малых размеров с небольшими отклонениями по диаметру;

  2) цанговая оправка для обработки «стаканов» (т. е. заготовки или детали, имеющей форму стакана); такая оправка имеет разжимной конус, гайку, штифт и собственно корпус с цангой;

  3) цанговые патроны с цилиндрическим хвостовиком, используемые для зажима обрабатываемой на токарном станке заготовки (или детали) небольшого диаметра.

В ручных сверлильных дрелях, а также в коловоротах устанавливаются цанговые патроны, в которых закрепляется сверло небольшого диаметра.

Цапфа

Цапфа (от нем. Zapfen) – часть оси или вала, опирающаяся на подшипник. Промежуточную цапфу называют шейкой, а концевую – пятой, если она предназначена в основном для восприятия осевой нагрузки, и шипом, если она предназначена в основном для восприятия радиальной нагрузки.

Цапфа может иметь цилиндрическую, коническую, сферическую или плоскую форму.

Цевочный механизм

Цевочный механизм – механизм, имеющий цевочное зацепление в виде зубчатого зацепления посредством цилиндрических круговых элементов – цевок и зубьев с сопряженным профилем. Примером цевочного механизма является цевочная передача, в которой используются разновидности циклоидальных профилей.

Внешние и внутренние зацепления таких колес применялись в различных машинах и станках сравнительно широко в первой половине ХХ в. В настоящее время они еще встречаются в некоторых машинах, например в механизмах вращения подъемных кранов на гусеничном ходе и в других устройствах. Одна из разновидностей цевочного зацепления колес в соответствующих механизмах – когда профили располагаются за пределами окружностей колес, что бывает необходимо для размещения в колесах подшипников и других элементов передачи. Такое цевочное зацепление называется внецентроидным.

При перекатывании колеса по колесу получается траектория центров цевок – перициклоида (укороченная Пу), а профиль зуба колеса очерчивается по эквидистанте к этой траектории ЭПу. Такое зацепление применяется в различных передачах с малой разницей чисел зубьев. Оно характеризуется большими углами давления, но позволяет передавать нагрузку при большом числе контактирующих пар зубьев, при этом точность выполнения передач очень высокая.

Цевочное зацепление рейки с колесом в цевочном механизме используется для преобразования вращательного движения в поступательное; в данном случае профиль зубьев представляет собой эвольвенту Э. В некоторых цевочных механизмах применяются также зацепления зубчатой рейки или большого зубчатого колеса с малым цевочным колесом. Для получения постоянного передаточного отношения профиль зуба должен соответствовать эквидистанте к циклоиде ЭЦ.

Цепная передача

Цепная передача – передача вращения посредством зацепления многозвенной гибкой связи с жесткими звеньями. Гибкую связь называют цепью, а жесткие звенья – звездочками. Цепная передача позволяет передавать движение при значительных межосевых расстояниях α ≤ 80ρ, ρ – шаг цепи. У данных передач меньше габаритные размеры, чем у ременных передач, но она характеризуется большей неравномерностью хода из-за непостоянства передаточного отношения. Передаточное отношение изменяется потому, что звездочка представляет собой как бы многогранник, огибаемый цепью. При постоянной угловой скорости – ведущей звездочки окружная скорость, а, следовательно, и скорость движения цепи v = ω (d / s) cos φ, где d – радиус внешней окружности звездочки, а φ – угол между условной осью окружности звездочки и ее зубом. Период изменения скорости v равен 2π / z, где z – число зубьев звездочки. Переменная скорость цепи преобразуется в переменную скорость ведомой звездочки. Коэффициент полезного действия КПД = 0,96 – 0,98. Применяют цепную передачу при мощности привода (Р) Р ≤ 100 кВт, окружной скорости v = 15 м/с и передаточном числе u ≤ 7 (u = z2 / z1, где z2 и z1 – числа зубьев звездочек). Наибольшие встречающиеся значения Р = 3500 кВт, v = 35 м/с, u = 10. Цепную передачу используют также для передачи движения между несколькими звездочками.

Цепная передача со специальной цепью (карданной, круглозвенной или пластинчатой с перекрещивающимися осями) может передавать движение при непараллельном расположении осей звездочек. Цепные передачи широко используются в конструкциях различных сельскохозяйственных машин (в частности, в комбайнах). Одним из примеров цепной передачи является цепной планетарный механизм, в котором имеется одна звездочка с подвижной осью или перемещаемая направляющей деталь.

Цепь

Цепь – многозвенная гибкая связь, используемая для подвески, подъема и опускания грузов (грузовые цепи), передачи движения в цепных конвейерах (тяговые цепи) и в цепных передачах (приводные цепи).

Грузовые цепи используют в различных грузоподъемных механизмах и машинах (например, в рычажной тали ТР-1М и шестеренчатой ручной тали) при скорости движения до 0,25 м/с. Такие цепи выполняют круглозвенными или пластинчатыми, при этом в пластинчатых цепях параллельно расположенные пластины соединены осями. Тяговые цепи используют при скорости движения до 2—4 м/с.

Наиболее распространены тяговые цепи следующих видов:

  1) втулочные;

  2) втулочно-катковые с гладкими катками и с гребнями на катках;

  3) карданные, в которых звенья соединены перекрывающимися между собой осями;

  4) втулочно-роликовые транспортерные с отгибными пластинами. Приводные цепи используют при скорости движения до 15 м/с и выше. В различных машинах и механизмах чаще всего используют такие приводные цепи, как:

  1) роликовые однорядные, включающие в себя пластины, оси, втулки и ролики;

  2) роликовые многорядные;

  3) зубчатые с шарнирами скольжения, включающими в себя два сегмента, оси и пластины;

  4) зубчатые с шарнирами качения, содержащие перекатывающиеся элементы;

  5) крючковые цепи.

Зубчатые цепи удерживаются на звездочках с помощью пластин, расположенных по обеим сторонам или посредине цепи. Для роликовых и крючковых цепей используют звездочки с зубьями, профиль которых очерчен дугами окружностей. Грузовые и тяговые цепи во многих случаях изготавливают сварными, при этом диаметры барабанов и звездочек, огибаемых сварной цепью, должны быть не менее: для ручного привода – 20 диаметров звена, для машинного привода – 30 диаметров звена. Для сварных грузовых и тяговых цепей используют цепную сталь диаметром от 6 до 16 мм, а шаг таких цепей обычно составляет от 19 до 44 мм. Указанные сварные грузовые и тяговые цепи выдерживают разрушающую нагрузку в пределах от 1400 (при диаметре цепной стали в 6 мм) до 10 200 кг/с (при диаметре цепной стали в 16 мм), или от 14 до 102 кН (в системе СИ).

Цилиндр

Цилиндр (от греч. kylindros – «валик», «каток»). Термин имеет два значения:

  1) геометрическое тело, ограниченное цилиндрической поверхностью и двумя секущими ее параллельными плоскостями;

  2) направляющая поступательной пары двигателей внутреннего сгорания, гидравлических объемных приводов, сопряженная с поршнем.

В различных транспортных машинах, станочных автоматических линиях и других механизмах широко применяются такие разновидности цилиндра, как:

  1) гидроцилиндр;

  2) пневмоцилиндр.

Гидроцилиндр в зависимости от назначения содержит следующие элементы и звенья:

  1) канал подвода или отвода рабочей среды (т. е. гидравлической жидкости в виде масла или жидкости или специального состава);

  2) цилиндр;

  3) поршень;

  4) пружину;

  5) шток;

  6) поршневую полость;

  7) штоковую полость;

  8) плунжер;

  9) устройства, обеспечивающие уменьшение скорости перемещения выходного звена в конце хода;

  10) мембрану;

  11) сильфон.

Гидроцилиндры широко применяются в различных гидросистемах как источники привода рабочих органов мобильных машин и исполнительных механизмов разного вида промышленного оборудования. По функциональным признакам гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели, предназначенные для преобразования энергии потока рабочей жидкости (т. е. гидравлической) в механическую энергию выходного звена с возвратно-поступательным движением. Причем подвижным звеном может выступать как шток, так и корпус (т. е. сам цилиндр, выполненный в виде гильзы) гидроцилиндра. В зависимости от рабочего цикла, необходимых скоростей и усилий применяют гидроцилиндры разных типоразмеров и исполнений. Например, они могут быть одностороннего или двустороннего действия. В гидроцилиндрах двустороннего действия прямой и обратный ход совершается под давлением рабочей (гидравлической) жидкости, а в гидроцилиндрах одностороннего действия обратный ход совершается под действием внешней нагрузки или пружины. Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним выходом штока. Усилие на штоке и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую из полостей нагнетается гидравлическая жидкость. Обычно противоположная полость при этом соединяется со сливной гидролинией. Гидроцилиндры с двусторонним штоком применяются в основном для поворота рабочего оборудования навесных экскаваторов, при этом подвижным звеном является корпус (т. е. цилиндр в виде гильзы). Поршневые гидроцилиндры двустороннего действия унифицированной конструкции предназначены для гидроприводов мобильных машин и эксплуатируются на гиравлической жидкости вязкостью от 10 до 3500 мм2/с в условиях умеренного (У), холодного (ХЛ) и тропического (Т) климата. (Примечание: сильфон, являющийся составной частью гидроцилиндра, представляет собой тонкостенную гофрированную трубку, которая функционирует как пружина сжатия или растяжения; используют в качестве компенсаторов изменения длины труб, чувствительных элементов – датчиков давления в приборах и разделительных герметизирующих элементах, в механизмах передачи поступательного движения из одной среды в другую.)

Чебышева параллелограмм

Чебышева параллелограмм – вид плоского механизма, имеющего подвижные звенья и кинематические пары пятого и четвертого классов. Работа такого механизма описывается формулой П. Л. Чебышева (была предложена знаменитым русским ученым еще в 1869 г.), которая имеет следующий вид: ω = 3n -2pV -pIV, где n – число подвижных звеньев; pV, pIV – число кинематических пар соответственно V и IV классов. Формула Чебышева представляет собой частный случай формулы Сомова—Малышева, которая имеет следующий вид: ω = 6n – 5pv – 4piv – 3pIII -2pii – pI. В общем смысле Чебышева параллелограмм является схемой пространственного механизма (плоского механизма) с определенным числом степеней свободы механической системы (это число определяется как число независимых возможных перемещений), причем для механизма, все связи которого голономные, такое число рассматривается в механике как число обобщенных координат. Для твердого тела, свободно движущегося в пространстве, число степеней свободы механической системы равно шести: три поступательных вдоль осей x, у и z и три вращательных вокруг этих осей. Для плоского механизма, к которому применима формула Чебышева (т. е. для параллелограмма Чебышева), ω = 3n – 2pV – pIV положение при плоском движении твердого тела определяется тремя координатами, а число накладываемых связей равно двум для пар V класса и одной для пар IV класса. При подсчете числа степеней свободы механической системы, имеющей вид параллелограмма Чебышева, с помощью приведенной формулы Чебышева исключают дублирующие (пассивные, избыточные) связи и лишние (местные) степени свободы.

Червячная передача

Червячная передача представляет собой механизм, предназначенный для передачи вращения между валами со скрещивающимися осями посредством винта, выполненного в виде червяка и сопряженного с ним червячного колеса. Червячная передача, как и зубчатая, имеет начальные и делительные поверхности, представляющие собой поверхности цилиндров (в большинстве случаев). Особой разновидностью червячной передачи является глобоидная передача, у которой делительная поверхность червяка выполнена в виде вогнутой поверхности тора. (Примечание: тор – от лат. torus – «вздутие», «выпуклость», «узел» – геометрическое тело, образуемое вращением круга вокруг прямой, лежащей в плоскости этого круга, но не пересекающей его.) Червячная передача представляет собой разновидность винтовой зубчатой передачи и характеризуется тем, что поверхности зубьев колеса огибают на определенном угле поверхности витков червяка и контактируют с витками червяка по линии, благодаря чему повышается несущая способность передачи. Червячная передача характеризуется передаточным числом u = z2 / z1 где z2 – число зубьев колеса (обычно z2 = 18 / 300); z1 – число заходов винта на червяке (в большинстве случаев z1 = 1 / 4), а также передаточным отношением i = ω1 / ω2 = u, где ω1 и ω2 – угловые скорости соответственно червяка и колеса. Червячная передача позволяет получать большие передаточные отношения (до 300), но имеет сравнительно низкий коэффициент полезного действия (КПД от 0,50 до 0,85). Как показали специальные исследования, КПД тем выше, чем больше угол винтовой линии червяка, вычисляемый следующим образом по формуле: γ = arctg (pz1 / πd1 = (mz1) / d1, где p – осевой шаг; d1 – делительный диаметр червяка, m – модуль. Чем меньше угол, тем более вероятно явление самоторможения при ведущем червячном колесе. Червячные передачи используются в механизмах в тех случаях, когда требуется значительное понижение угловой скорости; повышающие червячные передачи встречаются очень редко. Цилиндрический червяк, применяемый во многих червячных передачах, может быть:

  1) архимедовым – с прямолинейным профилем в осевом сечении;

  2) эвольвентным – с эвольвентными винтовыми поверхностями;

  3) удлиненно-эвольвентным (конволютным) – образующая прямая его винтовой линии не проходит через ось.

В червячных передачах применяются такие виды червячного зацепления, как:

  1) передачи «кавекс» с цилиндрическим червяком, имеющим вогнутый профиль витков в осевом сечении; характеризуются большим КПД и повышенной несущей способностью;

  2) передачи с цилиндрическим червяком, нарезанным дисковой конической фрезой или абразивным шлифовальным кругом с трапецеидальной формой профиля;

  3) спироидные – с коническим червяком, зацепляющимся с полуглобоидным коническим колесом.

Для червячной передачи подбираются определенные червячные пары с учетом особенностей работы механизмов, в которых они применяются, при этом главное внимание уделяется противозадирной стойке. Специальные исследования показали, что наиболее стойки против заедания и износа червячные пары с цементованным червяком из углеродистой или легированной стали, шлифованным и полированным, и колесом (червячным) из оловянно-фосорной бронзы марки БрОФ10-1 или БрОФ6,5-0,15. Червячные передачи широко применяются во многих машинах, станках, волочильных станах металлургических предприятий и др.

Черпаковый подъемник

Черпаковый подъемник – грузоподъемная машина циклического действия с жесткими вертикальными или наклонными направляющими, по которым перемещается транспортерная лента с закрепленными на ней черпаками, выполненными в виде ковша. Транспортерная лента закреплена на грузовой цепной передаче. Движение черпакового подъемника обеспечивает электродвигатель с червячным (или зубчатым) редуктором. Черпаковый подъемник предназначен для подъема (т. е. перемещения) сыпучих или жидких грузов (материалов) на небольшое расстояние (или высоту). Черпаковый подъемник может иметь вид колеса или сильно вытянутого эллипса. Такие подъемники широко применяются в зерновых хранилищах, на элеваторах, в карьерах и др. В нижней части черпакового подъемника ковши поочередно захватывают груз (сыпучий материал) и перемещают его наверх, где происходит опрокидывание и ссыпание груза (материала). Примером черпакового подъемника может служить водоподъемное колесо, имеющее черпаки в виде ковшей.

Шайба

Шайба (от нем. Scheibe) – подкладка металлическая или пластмассовая небольших размеров (в основном), предназначенная для предотвращения самоотвинчивания гаек.

Шайба устанавливается под крепежную гайку или головку болта (или винта крепежного), выполняется в виде плоского кольца сплошного или разрезного упругого (так называемая шайба – гровер, изготовленная из пружинистой стали марки 65Г или другой). Шайба применяется с целью увеличения опорной поверхности под крепежной гайкой или головкой болта (или винта).

Шарикоподшипник

Шарикоподшипник (см. «Подшипник») – подшипник качения или скольжения, имеющий во внутренней части шарики определенных размеров, зависящих от общей конструкции подшипника и его назначения.

Шарикоподшипники подразделяются на две большие группы: шарикоподшипники качения и шарикоподшипники скольжения.

В свою очередь эти группы делятся на подгруппы:

  1) шарикоподшипники качения радиальные однорядные, рассчитанные на радиальные и осевые нагрузки, в том числе на чисто осевые нагрузки в сочетании с высокой угловой скоростью;

  2) шарикоподшипники радиальные однорядные (качения) со стопорной канавкой на наружном кольце, используются для радиальных и осевых нагрузок в сочетании с высокой угловой скоростью;

  3) шарикоподшипники качения радиальные однорядные с защитными шайбами и со стопорной канавкой на наружном кольце;

  4) то же, со специальными уплотнениями;

  5) шарикоподшипники качения радиальные двухрядные сферические самоустанавливающиеся воспринимают радиальные и небольшие осевые нагрузки лучше, чем однорядные (радиальные), при этом фиксируют вал (корпус) в осевом направлении в обе стороны даже при наличии небольшого перекоса до 2—3°;

  6) шарикоподшипники качения радиальноупорные широко применяются во многих механизмах, станках (в опорах шпинделей токарно-винторезных станков, фрезерных и др.), в электродвигателях небольших размеров и малой мощности, в червячных передачах и др. При этом они воспринимают радиальные, осевые и комбинированные нагрузки. Для воспринятия очень больших осевых нагрузок подшипники могут быть установлены по два, по три и более в опоре по схеме тандем;

  7) шарикоподшипники качения упорные рассчитаны на воспринятие только осевых нагрузок: одинарные – в одном направлении, а двойные – в обоих направлениях. Допускаемые для этих подшипников скорости весьма ограниченны, поэтому при повышенных числах оборотов, и особенно на горизонтальных валах, их не применяют.

Данные шарикоподшипники применяются в малоскоростных редукторах, в том числе и червячных; в опорах шпинделей небольших станков, работающих в основном на малых скоростях, во вращающихся центрах токарновинторезных станков и др.

Шарики для любых видов шарикоподшипников изготавливаются из специальной легированной стали марки ШХ. Для корпусов шарикоподшипников также применяются легированные (нержавеющие) стали марок 20Х13, ШХ13, 40Х13 и др.

Шарнир

Шарнир (от нем. Scharnier – «дверная петля») – кинематическая вращательная пара, состоящая из двух подвижных элементов, являющихся составными частями какого-либо механизма.

Шарнир.

В различных машинах, механических системах и устройствах, включая станочные автоматические линии, широко применяются шарнирные механизмы и шарнирные муфты.

Шарнирные муфты

Шарнирные муфты – устройство, предназначенное для соединения валов с пересекающимися осями, содержащее также несколько цилиндрических подвижных пар. В некоторых механических системах применяется шарнирный четырехзвенный механизм (его также называют коротко-шарнирный четырехзвенник). Такой шарнирный механизм включает в себя три подвижных звена и стойку, т. е. неподвижное звено.

Шарнирный механизм

Шарнирный механизм – механизм, имеющий в своей конструкции один или несколько шарниров в виде звеньев – вращательных пар. Шарнирные механизмы подразделяются на:

  1) двухзвенные (самые простые);

  2) трехзвенные;

  3) четырехзвенные.

Четырехзвенные шарнирные механизмы в механических системах применяются очень часто, к ним относятся:

  1) кривошипно-коромысловый механизм;

  2) двухкривошипный механизм;

  3) двухкоромысловый механизм.

В состав кривошипно-коромыслового механизма входят: кривошип (вращающееся звено шарнирного механизма) и коромысло. Кривошипно-коромысловый механизм предназначен для преобразования вращательного движения кривошипа в качательное движение коромысла или наоборот, качательного движения коромысла во вращательное движение кривошипа. Двухкривошипный механизм представляет собой шарнирный четырехзвенный механизм, в который входят два кривошипа. Данный механизм служит для передачи и преобразования вращательного движения. При вращении первого кривошипа движение через шатун передается второму кривошипу, при этом за один оборот первого кривошипа второй кривошип совершает также один оборот. Кроме того, углу поворота данного кривошипа соответствует угол поворота другого кривошипа. Двухкоромысловый механизм функционирует как шарнирный четырехзвенный механизм, в состав которого входят два коромысла. Такой механизм служит для преобразования качательного движения одного коромысла в качательное движение другого коромысла. Первое коромысло взаимодействует со вторым коромыслом посредством шатуна, при этом каждому значению угла поворота первого коромысла (кроме крайних положений этого коромысла) соответствуют два значения угла поворота второго коромысла, и наоборот – каждому значению (кроме крайних положений второго коромысла) соответствуют два значения угла поворота. Функция положения двухкоромыслового механизма имеет замкнутую форму и может быть реализована только при задании определенного направления при переходе звеньев через «мертвые» точки.

Шатун

Шатун – звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями. Шатун выполняют в виде одной или нескольких жестко соединенных между собой деталей. Обычно шатун имеет отверстия, цапфы, направляющие – элементы кинематических пар, посредством которых он взаимодействует с другими звеньями. Шатун может быть соединен с тремя подвижными звеньями посредством двух вращательных пар. Кроме того, возможны и другие сочетания элементов кинематических пар, например, в коромыслово-кулисном мханизме коромысло и кулиса взаимодействуют посредством шатуна. Такой механизм служит для преобразования качательного движения входного звена (коромысла или кулисы) в качательное движение входного звена (другой кулисы или коромысла). Другой пример применения двух шатунов – механизм косилки сельскохозяйственной машины. В данном примере через первый шатун, рычаг и второй шатун движение звеньев от привода преобразуется в возвратно-поступательное движение ножа, срезающего траву.

Шатун также является важной составной частью кривошипно-ползунного механизма, в котором он шарнирно соединен с ползуном и кривошипом. В процессе работы такого механизма крайние точки хода ползуна получаются в том случае, когда центры шарниров кривошипа и шатуна располагаются на одной линии.

В кулачково-мальтийском механизме шатун является важным подвижным элементом, имеющим зацепление посредством цевки с выходным звеном.

В указанном механизме шатун движется относительно кулисы возвратнопоступательно вследствие его взаимодействия с неподвижным кулачком. Применяют кулачково-мальтийский механизм в станках-автоматах и автоматических линиях.

Шевронное колесо

Шевронное колесо (шевронное зубчатое колесо) представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями.

Часть венца шевронного колеса, в пределах которого линии зубьев имеют одно направление, называют полушевроном.

Шевронное колесо используют в специальной шевронной цилиндрической передаче, которая относится к тяжело нагруженной передаче.

Шестерня

Шестерня – зубчатое колесо с меньшим числом зубьев по сравнению с другим зацепляющимся с ним зубчатым колесом.

Шестерни в сочетании с зубчатыми колесами широко применяются в различных механических системах, в том числе в токарно-винторезных станках (в частности, в коробках скоростей и коробках подач) и других станках и машинах.

Шестерня является важным составным элементом в таких механизмах, как:

  1) параллелограммно-реечном, предназначенном для получения прерывистого однонаправленного вращения выходного звена в виде шестерни при непрерывном однонаправленном вращении входного звена – кривошипа. В таком механизме шестерня совершает прерывистое движение;

  2) поворот-стол станка, где шестерня взаимодействует с зубчатым сектором, при этом от шестерни движение передается столу через зубчатую пару, а при отключении шестерни от зубчатого сектора стол станка останавливается;

  3) поворотный механизм – устройство для углового перемещения одной части какой-либо машины (транспортной, землеройной, грузоподъемной и др.) относительно другой. В указанном механизме (полноповоротном) шестерня является важным выходным звеном редуктора, взаимодействующим с зубчатым колесом, установленным на раме машины (например, полноповоротного ковшового экскаватора); шестерня, обегая зубчатое колесо, поворачивает платформу, на которой базируется главная часть машины;

  4) реверсивный, где в трех вариантах исполнения данного механизма с автоматическим переключением используются шестерни: в первом варианте две шестерни взаимодействуют с внутренними и внешними венцами; во втором варианте коническая шестерня обкатывается по коническому венцу с одной и другой стороны; в третьем варианте одна шестерня является очень важным входным звеном, а другая поочередно зацепляется с внешним или внутренним венцом, при этом вращается соответственно в ту или иную сторону.

Таким образом, из приведенных выше примеров видно, что шестерня является очень важным элементом различных механизмов и устройств. Из специальных исследований работы шестерен получен такой вывод: чем большую твердость имеют зубья у шестерен, тем большую нагрузку выдерживает соответствующая передача. Для изготовления шестерен используют специальные легированные стали, в частности: 50С2Г, нормализованная сталь 35 ХГС, 25Х2 ГНТА, 12Х2 НУА, 38ХВФЮА-С и др. При изготовлении шестерен сталь (или другой материал) подбирается с учетом особенностей режима работы механизма или устройства, в котором они будут установлены.

Для механизмов слабонагруженных, но работающих в агрессивной среде, для изготовления шестерен используются такие пластмассы, как капролон и фторопласт, обладающие не только химстойкостью, но и высокой прочностью.

Шип вала

Шип вала является аналогом цапфы, выполняется в виде выступа на валу и предназначен в основном для восприятия радиальной нагрузки. Кроме того, шипы на валах устраивают для увеличения прочности в местах, испытывающих значительные нагрузки на изгиб или излом.

Шкив (от голл. schijf) – колесо с широким ободом, охватываемым ремнем или канатом (или транспортерной резинотканевой лентой). Шкив – такое же древнее изобретение человечества, как и колесо: с появлением колеса появились и шкивы, которые на разных языках народов мира назывались по-разному. Мореплаватели-голландцы, ходившие в далекие путешествия по морям и океанам, называли колесо шкивом, потому что оно применялось в больших количествах на парусных судах, где оно выполняло важную функцию при креплении парусов и различных грузов с помощью пеньковых канатов. На этих же судах имелись и лебедки для подъема самых различных грузов, начиная от мешков с сахаром и кончая пушками. Шкивы разных видов и размеров широко применяются в современных подъемных механизмах и машинах. Например, в лебедке двухскоростной, устанавливаемой в системе подъема и опускания лифтов – пассажирских и грузовых, применяются два шкива – канатоведущий и шкив тормоза. Другой пример – механизм литцекрутильной машины, где пучок проволок токопроводящих жил перемещается путем вращения тягового шкива. С этим же шкивом посредством зубчатой пары связан счетчик длины скрученной жилы электрического кабеля. Практически во всех подъемных механизмах, предназначенных для преимущественно вертикального перемещения различных грузов, применяется канатоведущий шкив (в частности, в автомобильных и гусеничных подъемных кранах различной грузоподъемности – от 3 до 50 т и более). (Примечание: канатоведущий шкив в грузоподъемных механизмах – это шкив с направляющими канавками, охватываемый канатами (или тросами) и передающий им тяговое усилие благодаря силам трения между поверхностью канавок и канатом.) Используют такие шкивы также и в шахтных подъемных машинах.

Шлицевое соединение

Шлицевое соединение, зубчатое соединение, пазовое соединение – подвижное или неподвижное соединение двух деталей, имеющих пазы и выступы (выступы одной детали входят в пазы другой).

В различных механизмах применяют преимущественно прямобочное шлицевое соединение. В некоторых малонагруженных механизмах применяются такие шлицевые соединения, как:

  1) эвольвентное;

  2) мелкозубое треугольное.

Для обеспечения концентричности деталей шлицевого соединения их центрируют по:

  1) внешнему диаметру;

  2) внутреннему диаметру;

  3) боковым поверхностям зубьев.

Шнек

Шнек (от нем. Schnecke) – (то же, что винтовой транспортер) – транспортер, предназначенный для непрерывного транспортирования насыпных грузов, обычно в горизонтальной плоскости и с наклоном до 20°.

Шнек выполняется в двух вариантах:

  1) для крутонаклонного транспортирования;

  2) для вертикального транспортирования.

Шнек представляет собой полый внутри цилиндр (металлический, стальной) с винтовой поверхностью, помещенный в металлический стальной желоб.

Перемещение какого-либо сыпучего груза в желобе происходит при вращении шнека-винта.

Шнек широко используется на предприятиях стройиндустрии, на тепловых электростанциях, работающих на угле, и др.

Шнек изготавливают диаметрами от 100 до 800 мм.

Частота вращения шнека изменяется от 6 до 300 об/мин.

Шнек преимущественно используется в сельскохозяйственных машинах.

Шпилька

Шпилька (в технике) – металлический стальной стержень небольших размеров (по длине и диаметру) с резьбой на обоих концах, предназначен для крепления каких-либо деталей в механизмах, машинах, оборудовании, специальных разъемных приспособлениях. Крепление деталей с помощью шпильки осуществляется путем навинчивания гаек с обеих сторон, с предварительной установкой двух или более шайб (на концах шпильки).

Шпиндель

Шпиндель (от нем. Spindle, в буквальном переводе – «веретено») – важный рабочий орган какого-либо металлорежущего станка, передающий вращение обрабатываемой заготовке или детали. Шпинделем также называется вал прокатного стана – оборудования металлургического производства; такой вал передает вращение от двигателя к валкам, по которым осуществляется перемещение металлических стальных полос или шестигранников и др. Шпиндель токарно-винторезного станка представляет собой массивный пустотелый вал, изготовленный из легированной высокопрочной стали. На переднем конце шпинделя выполнен посадочный конус, на котором базируются патроны двух-, трех– или четырехкулачковые, предназначенные для закрепления обрабатываемых заготовок или деталей. С переднего конца шпиндель указанного станка расточен на стандартный конус Морзе № 6. В конической расточке шпинделя устанавливаются передний центр или специальные приспособления (токарные) в виде оправки. Шпиндель токарно-винторезного станка фиксируется на двух опорах качения: передняя – регулируемый двухрядный роликовый подшипник с роликами и внутренними коническими кольцами; задняя – радиально упорный подшипник с постоянным натягом, который обеспечивают пружины, упирающиеся в диск и отжимающие наружное кольцо роликоподшипника. Шпиндель токарно-винторезного станка размещается внутри так называемой передней бабки и связан с коробкой скоростей, регулирующей скорость вращения шпинделя. В современных токарных станках-автоматах, имеющих систему автоматического управления в виде УЧПУ с компьютером, крепление шпинделя и регулирование его скорости вращения выполнено по упрощенной схеме в связи с применением такого привода, как реверсивный электродвигатель. На современных станках-автоматах шпинделей устанавливается несколько: от двух до шести, при этом одни устанавливаются горизонтально, а другие вертикально, в зависимости от вида обрабатываемых заготовок или деталей. Соответственно количеству шпинделей в станках-автоматах в качестве приводов столько же применяется реверсивных электродвигателей. Таким образом, шпиндель является очень важной составной частью различных станков и прокатных станов, обеспечивая их необходимый уровень функционирования.

Шплинт

Шплинт (от нем. Splint) – металлический стальной стержень, вставляемый в отверстия деталей винтового или иного вида соединения и служащий для предотвращения самоотвинчивания гаек. Шплинты изготавливаются из мягкой прутковой стали марки Ст 0 / 10, имеют небольшую длину и диаметр. На метизных производствах шплинты изготавливаются согласно действующим техническим регламентам (ранее были советские государственные стандарты или отраслевые нормали – автомобильные, тракторные, авиационные и др.). Шплинт имеет следующий вид: после установки в отверстие детали «усики» шплинта обязательно раздвигаются, с тем чтобы он не выпал из отверстия. Шплинты имеют минимальную длину в 30 мм, диаметр 5 мм (общий или по 2,5 мм у каждой половинки), а максимальную 10 мм, диаметр 10 мм (т. е. по 5 мм у каждой половинки). При индивидуальном изготовлении на каком-либо транспортном или ремонтном предприятии шплинты могут изготавливаться и больших размеров из стального мягкого прутка.

Впервые шплинты появились на обычных повозках и телегах еще в Средние века – их изготавливали в кузницах и устанавливали в отверстия осей телег и повозок. В настоящее время шплинты применяются не только в автомобилях, тракторах, комбайнах, но также в некоторых соединениях деталей железнодорожных вагонов (грузовых и пассажирских).

Штифт

Штифт (от нем. Stift) – цилиндрический или конический металлический стальной стержень, используемый в различных механических системах (механизмах, машинах, оборудовании для неподвижного соединения двух деталей).

Штифты, например, применяются в дисковых управляемых соединительных муфтах (т. е. в цепных), в которых большие диски присоединяются к корпусу муфты радиально расположенными штифтами (в основном в однодисковых и двухдисковых муфтах). На штифты в годы существования Советского Союза в станкостроительной промышленности была введена нормаль станкостроения под номером Р95 «Элементы срезных муфт» (аналог отраслевого стандарта – ОСТа). По указанному документу были нормализованы срезные штифты предохранительных муфт для срезывающих (т. е. разрушающих) сил, имеющих значения от 70 до 3300 кг. Такие предохранительные муфты разъединяют валы при возрастании крутящего момента или скорости вращения выше допустимого значения. В последнем менее распространенном случае применяются нормально замкнутые центробежные самоуправляемые муфты, снабженные срезными штифтами (т. е. при предельных значениях скоростей или крутящего момента штифты срезаются и соответственно соединение муфты размыкается, что способствует предупреждению разрушения валов и механизма в целом). Срезным штифтам, устанавливаемым в предохранительных муфтах, придают при их изготовлении постепенно уменьшающийся угол подъема и закругленную вершину. Расположение штифтов в предохранительных муфтах осевое или радиальное, при этом их количество может быть от двух до четырехшести.

Как показали специальные исследования, применение нескольких штифтов менее надежно относительно неодинакового распределения между ними нагрузки, но более выгодно в смысле уравновешенности радиальных сил, действующих на валы (соединяемые муфтой).

Шток

Шток (от нем. Stock, в буквальном переводе – «палка», «ствол») – цилиндрический металлический стальной стержень, соединенный с поршнем и расположенный вдоль цилиндра. Шток широко применяется в таких распространенных устройствах, как:

  1) гидроцилиндры;

  2) пневмоцилиндры;

  3) гидрораспределители;

  4) пневмораспределители;

  5) демпферы и др.

(Примечание: демпфер – устройство для успокоения (демпфирования) или предотвращения вредных механических колебаний звеньев машин или каких-либо механизмов путем поглощения энергии.) Например, в одном из вариантов выполнения демпфера при колебаниях штока с поршнем, помещенным в неподвижный цилиндр. Жидкость гидравлическая (специальная) перетекает через канал поочередно из одной полости в другую, при этом соответственно гасятся механические колебания. В гидроцилиндрах шток применяется в таком важном устройстве, как замок (этот замок выполняется в виде устройства, предотвращающего относительное продольное перемещение звеньев гидроцилиндра в их положениях). В первом варианте замка шток в конце хода фиксируется относительно цилиндра шариком, входящим в канавку указанного цилиндра. Во втором варианте замка гидроцилиндра на штоке и втулке выполнены продольные пазы и выступы. В зависимости от углового положения втулки выступы штока могут либо свободно перемещаться между выступами втулки, либо упираются в них. В частности, в конце хода штока выступы свободно перемещаются в крайнее правое положение, а затем разворачивают втулку таким образом, что их обратный ход невозможен. В результате исключается осевое перемещение деталей замка, т. е. обеспечивается соответственно предотвращение относительного продольного перемещения звеньев гидроцилиндра. Шток является очень важной составной частью привода качательных движений, установленного между двумя шарнирно соединенными звеньями и обеспечивающего их относительный поворот. В указанном приводе используются гидроцилиндры, причем в трех вариантах: первый вариант – гидроцилиндр через шток соединен с гибкой связью звеньев; второй вариант – шток гидроцилиндра связан с реечной передачей привода; третий вариант – шток гидроцилиндра привода взаимодействует с шарнирным механизмом.

В современных механических автоматизированных системах машиностроительных производств широко применяется автооператор – устройство, обеспечивающее загрузку ориентированных заготовок в зону обработки и съем обработанных деталей. В данном устройстве также применяется гидроцилиндр со штоком, причем привод обеспечивается перемещением цилиндра относительно штока. В процессе работы автооператора поворот штока вместе со всеми соединенными звеньями осуществляется посредством гидроцилиндра, взаимодействующего со штоком через шатун. Приведенные примеры применения штока в различных устройствах и механизмах составляют весьма незначительную часть от всех случаев использования штока как важной составной части.

Эвольвентное зацепление

Эвольвентное зацепление – определяется в механике как зубчатое зацепление, выполненное с использованием сопряженных зубьев, профиль которых идентичен эвольвенте. (Примечание: эвольвента (от лат. evolvens – «развертывающий») представляет собой кривую, геометрическим местом центров кривизны которой является другая кривая, называемая эволютой.)

Зацепления с эвольвентными зубьями были предложены известным ученым-математиком Л. Эйлером в середине XVIII в., а стали широко использоваться в различных механических системах только в конце XIX – начале ХХ вв. после того, как был предложен эффективный способ нарезания зубьев. (Примечание: эвольвентный зуб – зуб металлического стального колеса (зубчатого), профиль которого очерчен по эвольвенте.) Ввиду того что нормаль к эвольвенте всегда касается основной окружности, то общая нормаль NN к сопряженным профилям касается обеих основных окружностей в точках А и В. Эта же нормаль, в соответствии с основной теоремой зацепления, проходит через полюс «Р». Очевидно, что эта нормаль при вращении круглых колес сохраняет неизменным свое положение.

При ведущем колесе и определенном направлении его угловой скорости точка контакта «К» перемещается в направлении vK по линии «АВ», которая представляет собой линию зацепления. Таким образом, в эвольвентном зацеплении имеет место прямая линия зацепления. Угол между линией зацепления и перпендикуляром ХХ к линии О1О2 называется углом зацепления и обозначается αw, причем он равен углам АО1Р и ВО1Р. Угол зацепления равен углу давления в полюсе зацепления и характеризует направление силы, действующей со стороны одного колеса на другое. Радиусы начальных и основных окружностей связаны следующими зависимостями:

Rw1 = Rв1 / cos αw , Rw2 = Rв2 / cos αw .

Поэтому для эвольвентного зацепления:

aw = (Rв1 + Rв2) / cos αw , i 12 = (Rw2 / Rw1) = (Rв2 / Rв1).

Это означает, что передаточное отношение однозначно определяется отношением радиусов основных окружностей.

В связи с этим, если, например, при неизменных Re1 и Re2 изменить межосевое расстояние aw, то изменятся радиусы Rw1 и Rw2 и угол αw, а останется тем же. Это свойство эвольвентного зацепления свидетельствует о том, что при погрешностях расположения осей с сохранением их параллельности передаточное отношение остается постоянным.

Эксцентрик

Эксцентрик (от лат. ех – приставка, означающая отделение и centrum – «центр») – деталь какого-либо механизма или механической системы машины или оборудования, имеющая определенное смещение функциональной оси по отношению к геометрической оси.

Например:

  1) у эксцентриковых дисков ось функционального отверстия (в котором крепится другая деталь в виде стержня) смещена относительно геометрической оси диска;

  2) у эксцентриковых валов ось цапфы смещена относительно оси вала;

  3) у коленчатых валов оси шатунных шеек смещены относительно осей коренных шеек.

Эксцентрики часто применяются в таких механизмах, как:

  1) всережимный центробежный регулятор (представляет собой устройство, обеспечивающее регулирование частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания во всех диапазонах ее изменения, задаваемых вручную). В нем диапазон регулирования задается вручную перемещением опоры коромысла с помощью рычага с эксцентриком и упругого воздействия тяги через рычаг, пружину, другую тягу на указанное коромысло;

  2) кулачковый (механизм), в котором имеется эксцентрично расположенный диск – кулачок, взаимодействующий с элементом шарнира;

  3) кривошипно-ползунный (механизм), где кривошип выполнен в виде эксцентрика и помещен внутрь охватывающей детали шарнира;

  4) кривошипно-ползунный (механизм), в котором кривошип и шатун выполнены в виде эксцентриков, а элементы шарниров и звеньев размещены внутри ползуна;

  5) кривошипно-кулисный механизм, имеющий кривошипы в виде эксцентрика, который помещен внутрь ползуна; в свою очередь ползун размещен внутри кулисы; при этом все указанные звенья вместе скомпонованы внутри шарнира;

  6) кривошипно-кулисный (механизм), где кривошип выполнен в виде эксцентрика, но внутри него находится ползун вместе с кулисой;

  7) кривошипно-ползунный (механизм) с кривошипом-эксцентриком, помещенным внутрь ползуна (первого), в этом варианте указанные элементы включены в систему второго ползуна.

В машиностроительном производстве часто применяются эксцентриковые зажимы, которые выполняются в виде секторов, дисков или цилиндров, рабочая поверхность которых может быть очерчена по окружности по логарифмической или архимедовой спирали. Во второй половине 70-х гг. ХХ в. на советских машиностроительных предприятиях наибольшее распространение получили круглые эксцентриковые зажимы. Эксцентриковые зажимы круглые являются быстродействующими и в настоящее время применяются в тех случаях, когда не требуется большого усилия, которое у них в 3—4 раза меньше, чем у винтового зажима при одинаковой длине рукояток. Эксцентриковые зажимы используются для закрепления обрабатываемой заготовки или детали, но они не применяются при работах, связанных с вибрацией.

Эксцентриковые зажимы выполняются в двух вариантах: со спиральным кулачком и с цилиндрическим винтовым кулачком.

Эксцентриковые детали – втулки, валы (в том числе коленчатые) обрабатывают на обычных токарно-винторезных станках, применяя специальные приспособления в виде планшайб и различных оправок (включая оправки с полой конической поверхностью).

Раздел 6. Военная техника

Глава 1 Стрелковое оружие

Автомат

Автомат – одно из названий пистолета-пулемета, которое сформировалось во время Второй мировой войны. Подразделениям, использовавшим автоматы, присваивалось название автоматчики.

Автомат.

Автомат Калашникова – АК и АКМ. АКМ представляет собой автоматическое оружие, автоматика которого рассчитана на наличие газового двигателя и разработана таким образом, что ствол подвергается воздушному охлаждению, питание А. магазинное. Разработка этого автомата была связана с введением промежуточного патрона в 1943 г., также для совместимости с патроном конструировались самозарядный карабин СКС, ручной пулемет РПД. На конкурс 1946 г. сержант М. Т. Калашников, работавший на Ижевском машиностроительном заводе, представил образец автомата, результаты которого оказались неплохими. Образец подвергся доработке, и в 1947 г. модифицированный автомат рекомендован к постановке на вооружение. Боевое крещение 1949 г. прошло успешно, и его ставят на вооружение в качестве 7,62-мм автомата Калашникова образца 1947 г. – АК-47.

Автоматика разработана на принципе газового двигателя с длинным ходом. Главной частью автоматической составляющей является массивная затворная рама с прикрепленным к ней штоком газового поршня. Передвижение затворной рамы внутри ствольной коробки осуществляется по двум боковым направляющим, также разработаны специальные зазоры, находящиеся между подвижными элементами автоматики и недвижимыми частями ствольной коробки, выполняющие функцию обеспечения четкой работоспособности в случаях сильного загрязнения оружия в его внутренней части. Надежность работоспособности автоматического обеспечения также обусловливается излишней, для обычных условий работы, мощностью газового двигателя. Этот момент работоспособности газового двигателя снизил сложность конструкции и возможность обращения с АК, так как при таких возможностях отсутствует необходимость в разработке и конструкции газового регулятора. Однако при этом недостатком оружия становится повышенная отдача, вибрация, происходящая при произведении выстрелов, прямым следствием всего этого является уменьшение кучности огня и производимой точности. Движение газового поршня происходит во внутренней части съемной газовой трубки со ствольной накладкой. Над стволом сконструирована газовая камора. Канал ствола запирается при помощи поворотного затвора на два массивных боевых упора, зацепленных с частями ствольной коробки. Чтобы происходило вращение затвора, в разработке конструкции введен выступ на затворе, который должен соприкасаться с фигурным пазом, расположенным на внутренней поверхности затворной рамы. Как одно целое созданы возвратная пружина с направляющим стержнем и основанием стержня, в свою очередь также представляющим собой защелку крышки ствольной коробки. С правой стороны АК находится рукоятка взведения, способная двигаться при произведении выстрелов, конструкторским решением рукоятку создали совмещенной с затворной рамой.

Ствольная коробка АК по своей конструкции имеет комбинированный тип, она собиралась клепкой с использованием фрезерованных и штампованных деталей; недостатком этой конструкции оказалась ее избыточная мягкость, поэтому ствольная коробка была доработана и создана как цельнофрезерованная. Фрезерованная коробка АК-47 отличается длинными фрезерованными углублениями в виде прямоугольников, для цельнофрезерованной конструкции АКМ характерно наличие штамповок овального типа.

Ударно-спусковой механизм АКМ является курковым, способен обеспечивать произведение автоматического огня и одиночного выстрела. Переход от одного типа огня к другому происходит с помощью длинного штампованного рычажка, находящегося с правой стороны ствольной коробки, рычажком также происходит включение предохранителя. Функции предохранителя в верхнем положении – защита при помощи накрывания отверстия в ствольной коробке, для исключения попадания в механизм пыли с грязью, блокирование перемещения затворной рамы назад, запирание спускового крючка. Функции, характерные для предохранителя в среднем положении, – блокирование шептала одиночного огня, для перехода к автоматическому непрерывному огню.

Функции предохранителя в нижнем положении – смещение шептала одиночного огня, для произведения одиночных выстрелов. В АК-47 введен замедлитель срабатывания курка, не влияющий на темп стрельбы и совершенствующий стабильность работы автомата, способный в случае автоматического огня сдерживать на несколько миллисекунд спуск курка после запуска автоспуска, что обеспечивает затворной раме стабилизацию в крайнем переднем положении после смещения вперед и возможного отскока.

Используемые магазины представляют собой коробчатые магазины с двухрядным расположением патронов, рассчитанные на 30 патронов. Первые применяемые магазины изготавливались штампованными из стали, с характерными плоскими стенками, затем произошла модернизация магазинов, и они стали штамповаться из стали с вертикальными изогнутыми штамповками для увеличения жесткости, которые находились на боковинах. В результате следующего преобразования магазин стал пластиковым и получил грязно-оранжевый цвет. Также для АКМ приспособлены патронные рожки, рассчитанные на 40 патронов, и диски для ручного пулемета РПК, содержащие 75 патронов.

Для первых вариантов А. характерно наличие деревянных частей: приклад, пистолетная рукоятка, цевье. Приклад оснащен стальным затыльником с крышкой, которая служит в качестве предохраняющего накрывания отсека с принадлежностями для чистки и ухода за оружием. Чтобы снизить подброс оружия при выстрелах, сконструирован поднятый вверх гребень приклада. Некоторые виды АК оснащены пластиковой или фанерной пистолетной рукояткой, в комплектацию входит штык-нож в ножнах и ружейный ремень, для воздушно-десантных войск разработаны АК и АКМ с наличием складного приклада из штампованного профиля, размещенного вниз-вперед под ствольной коробкой.

Внешняя компоновка и преобразование автоматического оружия относительно промежуточного патрона АК схожи с немецким автоматом МР-43, что послужило основой для легенды о заимствовании Калашниковым элементов этого А. Также в этих видах оружия применяется газоотводный двигатель, разработанный задолго до появления этих конструкций, поэтому ствол, мушка и газоотводная трубка также похожи. Однако ствольная коробка АК разработана со снимаемой крышкой, ствольная коробка МР-43 откидывается вниз на штифте коробки УСМ наряду с рукояткой управления огнем. Механизмы запирания ствола и ударно-спусковые устройства также различны. Главной заслугой разработчика и его сподвижников является наиболее оптимальная совместимость элементов автомата, способных эффективно решать поставленные задачи.

В 1959 г. АК подвергся доработке в связи с десятилетием эксплуатации, которое показало сильные и слабые стороны автомата. Модернизация коснулась ствольной коробки, переделанной в цельноштампованную ствольную коробку уменьшенной массы, приклад немного поднят вверх, ударно-спусковое устройство оснащено замедлителем срабатывания курка, получившим также не совсем верное название замедлителя темпа стрельбы.

АКМ снабжен штык-ножом, конструкция которого снабжена отверстием в клинке, для применения его наряду с ножнами в выполнении функции кусачек для резки проволоки. Также был разработан дульный компенсатор, который необходимо было навинтить на резьбу, расположенную на дульном срезе ствола. Дульный компенсатор заменяем глушителем ПБС-1, для применения которого существуют патроны, скорость пули такого патрона является дозвуковой.

Обеспечение боеприпасами АКМ может осуществляться 40-мм подствольными гранатометами.

Модернизированный автомат оснащен прицельными устройствами, достигающими 1000 м, на 200 м больше, чем АК. Дальность выстрелов, производимых из любого вида автомата Калашникова, эффективна только на расстояние, не превышающее 400 м.

В 1974 г. на вооружение армии СССР был поставлен стрелковый комплекс, включающий в себя модификацию автомата Калашникова 1974 г. – АК-74, ручной пулемет РПК-74.

На основе АК разработаны системы израильские Galil, бельгийские FN FNC, швейцарские SIG SG-550 и многие другие.

Характеристики. Калибр – 7,62 × 39 мм; длина – 870 мм, длина ствола – 415 мм; масса оружия без магазина АК – 4,3 кг, АКМ – 3,14 кг; емкость магазина рассчитана на 30 патронов; дальность стрельбы – примерно 400 м; скорострельность – одиночными 90—100 выстрелов в минуту, очередями 400 выстрелов в минуту; темп стрельбы – 600 выстрелов в минуту.

7,62-мм АКМ широко применялся во многих родах войск СССР и Российской армии XX в., также на вооружении МВД, в подразделениях милиции. АК и АКМ продавались и также безвозмездно поставлялись СССР дружественным странам в качестве готового оружия и как лицензии на производство с необходимой документацией и техническим оснащением.

Производство 7,62-мм АКМ было налажено в Китае, Египте, Северной Корее, ГДР, Венгрии, Болгарии, Румынии, Ираке, Финляндии. Поставки А. осуществлялись в большое количество стран мира. Особой популярностью в России и за рубежом, особенно в США, пользуются полуавтоматические невоенные варианты АК – карабины и дробовики серии «Сайга».

Преимуществами АК является надежность в использовании при любых условиях военного действия, простота в обращении, небольшая стоимость производимого оружия.

Недостатками оружия считается эргономика всего оружия, наиболее большим пороком страдает переводчик-предохранитель, неудобный в обращении и издающий при переключении характерный щелчок.

Нарекания вызывают также грубые прицельные приспособления, которые практически бессмысленны при произведении точной стрельбы на короткой прицельной линии, в особенности одиночными выстрелами.

Считается, что все модификации АК представляли собой идеальное оружие Второй мировой войны, однако в современных условиях военных действий локального и конфликтного типов являются устаревшими, но для замены данного оружия конкурентов пока не предвидится.

Автоматическое оружие

Автоматическое оружие – огнестрельное оружие, для которого характерно автоматическое перезаряжание и производство очередного выстрела, происходящее под воздействием энергии образовавшихся при выстреле пороховых газов или других, посторонних, источников.

Стрельба из автоматического оружия осуществляется очередями, сериями, при которых возможно произвести определенное количество выстрелов, обусловленное выбором типа оружия. А также происходит непрерывно, до момента полного израсходования количества патронов. Выстрелы следуют с определенной периодичностью, через четко обусловленные промежутки времени, которые задаются каждому типу оружия по-своему и представляют собой его техническую скорострельность.

В том случае, когда перезаряжание и операции, которые необходимы для воспламенения заряда, производятся автоматически, выстрелы следуют непрерывно один за другим до тех пор, пока стрелок не прервет воздействия на спусковой механизм или пока не израсходуются все патроны в магазине или в патронной ленте. Вид огня, производимого автоматически, называется непрерывным, автоматическое оружие, удовлетворяющее воспроизведению такого вида огня, называется самострельным.

В случае, когда выстрелы производятся с постоянным действием спускового механизма, промежутки от одного выстрела к другому создаются стрелком в произвольной форме, описанный вид огня называется одиночным; автоматическое оружие, производящее подобные выстрелы, называется самозарядным.

Многие виды автоматического оружия конструируются с возможностью ведения как одиночного, так и непрерывного огня. Чтобы можно было переходить от одного вида огня к другому, в конструкции автоматического оружия предусмотрено устройство-переводчик, функцией которого является изменение взаимного положения деталей спускового механизма.

Полуавтоматическое оружие представляет собой оружие с частичной автоматизированностью действий, которые обязательны для перезаряжения.

Основное свойство – это высокая скорострельность с характерным темпом стрельбы, скорострельностью и режимом огня.

Особенность, характеризующая скорострельность исключительно самострельного оружия, обусловливается произведенными выстрелами за определенную единицу времени, без учета времени, затрачиваемого на заряжание, прицеливание, перенос огня и т. д.

Практическая скорострельность определяется количеством произведенных выстрелов в единицу времени, с учетом времени, использованного на произведение, заряжание, прицеливание, перенос огня и т. д.

Автоматическое оружие подразделяется на оружие с различными видами питания:

  1) ленточное питание, при котором патроны снаряжаются в гибкие металлические или холщовые ленты, используется для оружия, предназначенного для стрельбы с большой скорострельностью, например станковые пулеметы, крупнокалиберные пулеметы, автоматические пушки;

  2) магазинное питание, при котором патроны снаряжаются в специальные коробки, называемые магазинами, применяется в оружии, для которого свойственна высокая практическая скорострельность в сочетании с прекрасными маневренными характеристиками, например пистолеты, пистолеты-пулеметы, автоматические винтовки, ручные пулеметы.

Появление первого автоматического оружия отмечено во второй половине XIX в. В 1887 г. оружейным мастером Двоеглазовым было сконструировано первое автоматическое оружие в России. В русско-японской войне 1904—1905 гг. станковые пулеметы, используемые русскими войсками, прекрасно охарактеризовали свою боеспособность, поэтому данный вид оружия стали очень активно внедрять в систему вооружения армии.

В 1910—1911 гг. началась разработка легкого автоматического оружия, к испытанию были допущены иностранные винтовки и оружие русских конструкторов, такое как винтовки системы Токарева, Федорова, Щукина, Фролова, Рощепея.

Первой изготовленной автоматической винтовкой стала винтовка системы Рощепея. Со значительным превосходством была выбрана автоматическая винтовка В. Г. Федорова, являющегося автором полного труда по автоматическому оружию, изданного в 1907 г. В 1914 г. конструктор Федоров разработал автоматическую винтовку, которая успешно применялась во время Первой мировой войны.

Оружие такого типа подразделяется на несколько систем, которые формируются на основе использования энергии пороховых газов.

Системы автоматического оружия, в которых действие автоматики основано на использовании отдачи ствола, характеризуются подвижным стволом, прочно сцепленным с затвором.

Действие автоматики организуется следующим образом: давление пороховых газов, которое переходит через дно гильзы на затвор, приводит в движение затвор вместе со стволом в направлении, противоположном устремлению движения пули. Если ход ствола длинный, то ствол с затвором отходит в заднее положение, сжимаются возвратные пружины ствола и затвора, далее ствол, реагируя на возвратную пружину, двигается в исходное положение. За это время происходит доставка очередного патрона в патронник, что приводит к запиранию затвора.

В случае короткого хода ствола разъединение затвора со стволом, отпирание затвора осуществляется при движении системы «ствол – затвор» из переднего положения в возвратное положение самостоятельно, движение ствола ограничивает ствол, совершающий короткий ход.

Возможность надежного отхода затвора в крайнее заднее положение за установленное время помогают создать ускорительные механизмы, во время отпирания затвора или же после отпирания затвора воздействуют на систему «ствол – затвор», повышая скорость движения затвора и снижая скорость движения ствола. Благодаря ускорителю затвор отклоняется в крайнее заднее положение, сдавливая свою возвратную пружину. При движении вперед происходит досылание патрона в патронник. Ствол отходит назад на соответствующую величину своего патронника, в системе автомата Федорова происходит задержка в заднем положении до прихода к нему затвора и перемещения вперед вместе с затвором, запирая его потом. В других системах ствол после отхода в заднее положение перемещается вперед под действием своей возвратной пружины, запирается самостоятельно, например пулемет Максима. В системах с довольно легким стволом автоматика не снабжена ускорительными механизмами, например пистолет ТТ образца 1930—1933 гг. Автоматика, организованная на применении отдачи ствола при его коротком ходе, используется в современном автоматическом оружии, главным преимуществом такой автоматики является обеспечение хорошей надежности действия при достаточно высокой скорострельности и небольшой силе отдачи.

Главной особенностью системы, для которой свойственно действие автоматики, основанное на использовании отдачи затвора, является неподвижно закрепленный ствол, затвор во время произведения выстрела не сцепляется со стволом, или же сцепление произведено таким образом, что расцепление, отпирание совершается под давлением пороховых газов на дно гильзы, возможен вариант самоотпирания.

В случае не сцепления затвора со стволом, а только прижатия к нему при помощи возвратной пружины затвор называется свободным, автоматика называется автоматикой со свободным затвором. Работа автоматики со свободным затвором заключается в отходе затвора назад вместе с гильзой с момента развития давления пороховых газов в стволе. В случае отхода назад затвор сжимает свою возвратную пружину, под действием которой потом перемещается вперед, отправляя в патронник очередной патрон из магазина. Массивный затвор и патроны с довольно короткими гильзами дают надежность действию автоматики такого типа. Автоматика со свободным затвором используется в оружии, применяемом для стрельбы пистолетными патронами. Достоинством такой автоматики является простота устройства.

В случае сцепления при выстреле затвора со стволом расцепление происходит благодаря давлению пороховых газов на дно гильзы, затвор называется полусвободным, автоматика получила название автоматики с полусвободным затвором. Работа такого типа автоматики характеризуется тем, что затвор отходит назад вместе с гильзой с началом развития давления пороховых газов в стволе, однако этот отход затвора тормозится механизмом запирания вследствие действия на элементы этого механизма больших сил трения и ускоренного перемещения отдельных деталей затвора. После самоотпирания затвора работа автоматики с полусвободным затвором практически идентична работе автоматики со свободным затвором.

Недостаток характеризуется зависимостью работы от сил трения, т. е. от состояния рабочих поверхностей механизма запирания, что приводит к ненадежности действия механизмов.

Различия между разновидностями автоматики с полусвободным затвором состоят главным образом в конструкции самих механизмов и варианте торможения затвора.

Для системы автоматического оружия с применением отвода пороховых газов характерно наличие специальной газовой каморы, которая в основном конструируется в передней части ствола, в связи с поступлением сквозь газоотводное отверстие в ствол пороховых газов как следствие прохождения пулей этого отверстия.

Стебель затвора или шток затворной рамы связаны с подвижным поршнем, включающим в себя газовую камору. Отпирание затвора создается благодаря давлению пороховых газов в газовую камору, вследствие чего шток одновременно с затворной рамой или стеблем затвора производит движение назад. Автоматика сконструирована таким образом, что находится в большой взаимозависимости от штока с затворной рамой или стеблем затвора.

В случае, когда шток не способен перемещаться относительно затворной рамы, происходит отхождение в заднее положение штока и затворной рамы с затвором после отпирания затвора, далее осуществляется сжимание возвратной пружины, обоюдное возвращение элементов автоматики вперед, последующий патрон переходит из магазина в патронник, затвор запирается. Автоматика такого типа, используемая, например, в ручном пулемете ДП, получила название автоматики с длинным ходом штока. При работе такой конструкции происходит увеличение массы подвижных частей, что приводит к повышению надежности действия автоматики.

Тип автоматики, при которой шток не сцеплен со стеблем затвора, приводит в результате отпирания к отхождению стебля затвора совместно с затвором, далее происходит сжимание возвратной пружины и движение штока вперед под действием своей возвратной пружины. Называется такая автоматика автоматикой с коротким ходом штока. Этот тип автоматики при работе обходится без длинных направляющих для штока, что в свою очередь упрощает конструкцию автоматики оружия, которая действует на основе принципа отвода пороховых газов в газовую камору. Для автоматики такого типа характерно наличие хорошей надежности действия, высокой скорострельности при обладании довольно несложной конструкцией всего оружия.

Автоматическое оружие позволило продвинуть развитие огневой мощи пехоты, артиллерии, авиации и остальных родов войск, привнеся новые способы ведения боя; оперативное искусство стало формироваться по направлениям изменения тактики боевых действий и организации войск.

Арбалет

Арбалет – лук, закрепленный на корпусе и оснащенный механизмом фиксации плечей лука в натянутом положении, или лук, как бы вдавленный в приклад с ложей, снабженный спусковым механизмом и устройством натяжения тетивы; распространенное в западноевропейских странах название одного из видов метательного оружия – усовершенствованного лука. Для обозначения использовался термин arcoballist. Вегеций в труде «Краткое изложение военного дела» писал: «Были трагулярии, направляющие стрелы при помощи ручных баллист – manuballista, или луков-баллист – arcoballista». В Англии арбалет получил название кроссбоу, что переводится как «крестовый лук». Римские воины окрестили арбалет метательным луком, «аркубаллистой». На Руси прижилось название арбалет, пришедшее из французского языка, для которого характерно проглатывание некоторых латинских звуков; также прижилось название «самострел».

Арбалет являлся очень тугим луком, прикрепленным к ложе, деревянной основе, заканчивающейся прикладом, практически идентичным современному длинноствольному огнестрельному оружию, ложа оснащалась желобом для арбалетной стрелы, получившей название бота, также в арбалете предусмотрены спусковой механизм и устройство натяжения тетивы, в простых конструкциях использовалась упорная скобка для ноги. Принцип действия ручных баллист состоял в применении силы скрученных ремней, упругость лука не задействовалась.

Упоминания об арбалете отмечены в середине I тысячелетия до н. э. Китайские арбалеты представляли собой отчетливо законченные конструкции. Арбалеты обладали ложей, составляющей 750—850 мм. Оснащались приставными луковищами, луки главным образом производились из бамбука, длина лука примерно 750—1200 мм.

При использовании большого натяжения для некоторых образцов зафиксировано натяжение, достигающее 360 кг, наличие в арбалетах как таковых натяжных приспособлений не наблюдалось, эта функция выполнялась стрелком в положении лежа на спине при движении рук и ног, чтобы произвести взведение оружия.

Отличительной особенностью китайских арбалетов являлся цельный и продуманный спусковой механизм, включающий в себя лишь три детали.

В Европе впервые узнали об арбалете в Греции в V—VI вв. н. э., знакомство продолжилось в X в. во время первого крестового похода европейских войск, обширное распространение арбалетов в самой Европе относится к XII в., наибольшую популярность этот вид оружия имел во Франции и Англии. На территории Руси применение арбалетов зафиксировано в X—XI вв., этот факт описан в летописи Радзивилла 1159 г. Развитие арбалета в Европе не было связано с арбалетостроением, развитым в Китае. Такие выводы основаны на абсолютно разных конструкциях замков и отличающихся параметрах арбалетов. Оформление также было отлично, так как для европейских моделей характерен неказистый вид арбалета. В летописи «Книга о четырех» монаха Рихера из Реймса было отмечено, что при осаде города Санласа в 949 г. захватчики получили отпор благодаря непрекращавшемуся обстрелу арбалетным войском этого города.

Однако в арбалетной истории зафиксированы и моменты, когда арбалет проигрывал в сравнении с луком. Во франко-английской войне, в бою, произошедшем 26 августа 1346 г. около Креси, арбалетчики-генуэзцы были повергнуты английскими лучниками. Английское войско составляло 10 000 воинов, 5500 из которых являлись лучниками, их военное местоположение находилось на холме, французское войско в количестве 30 000 человек находилось в низине. Около 6000 французов, вооруженных мечами и арбалетами, отправились навстречу английскому войску, произведенный первый залп французов оказался пустым, так как запущенные стрелы арбалетов не достигли своей цели; английские же лучники, производившие стрельбу из луков примерно в 50 000 стрел в минуту, практически сразу разгромили французов. В итоге французская армия понесла потери в количестве примерно 12 000 человек, потери англичан составили приблизительно 100 человек. В Италии 1530 г. стали использоваться арбалеты небольших размеров, позволявшие носить оружие под одеждой, однако спустя десятилетие сенат запретил такой вид арбалетов, но удобство этого оружия и хорошее отношение к нему горожан позволило ему оставаться популярным.

Дальность действия арбалетов исчислялась примерно 150 м, поражая латника, всадника удавалось сбить с коня на расстоянии в 200 м.

Прицельная дальность – до 60 м; дальность полета стрелы достигала 300 м; также существуют данные об арбалетах, способных поражать легкобронированные цели на расстоянии до 150 шагов, поражающие качества отмечены на расстоянии в 650 шагов. Арбалет прекрасен как оружие, используемое для произведения выстрелов, обеспечивающих поражающую способность, такие выводы следуют из статичной конструкции арбалета, наличия прицельных приспособлений и способности арбалетчика сконцентрироваться на прицеливании, так как отсутствует нагрузка по удержанию тетивы.

В первых арбалетах система спускового механизма создавалась без крепления ореха, державшегося благодаря особой форме отверстия, в середине XV в. система подверглась модернизации, и крепление стало осуществляться опоясывающими ложе ремнями, проходящими сквозь ось ореха. Система спускового механизма постоянно усовершенствовалась, поэтому спустя какое-то время она выглядела как жесткая ось, вделанная в ложу. Впервые натяжное устройство в виде натяжного крюка было введено в XIV в., крюк прикреплялся на поясе арбалетчика, для создания натяжения стрелы необходимо было упереться в стремя ногой, при этом арбалетчику нужно было присесть и одновременно зацепить тетиву за крюк, затем, выпрямляясь, натянуть стрелу. Усовершенствование рычажной натяжки получило название «козья нога». В начале XVI в. занялись разработкой простейшего предохранительного устройства, которое выполняло функцию предупреждения случайного спуска стрелы. Император Максимилиан I, случайно чуть не погибший во время охоты от немотивированного спуска стрелы, издал указ о разработке предохранительного устройства. Ворот ввели в эксплуатацию в конце XVI в. Он был двух типов: английский и немецкий. Для немецких арбалетов характерной особенностью являлось отсутствие паза под болт и наличие специального зажима в виде пластинчатой пружины, удерживающей стрелу, располагался зажим за орехом. В некоторых моделях арбалетов зажим создавался поворотным, что позволяло свернуть его в сторону при натяжении лука.

Испанские оружейные мастера создали арбалеты, оснащенные длинной тонкой ложей, называемые баллестры, итальянские мастера сконструировали шнепперы, отличающиеся от баллестров изогнутостью ложи. Были сконструированы арбалеты с первыми прицельными устройствами, стреляющие металлическими и глиняными пулями. В конце XVI в. разработаны арбалеты, которые совмещали комбинацию арбалета и огнестрельного оружия. Бесшумное качество арбалетов отошло на второй план, так как модификация оружия производилась в направлении увеличения дальности и кучности стрельбы.

Арбалет с давних времен применялся в качестве стрелкового оружия для поражения живых целей. Значение зарождения этого вида оружия находится на одном уровне с появлением лука. С появлением арбалетов стрелять стало существенно проще, так как для хорошей стрельбы из лука требовались постоянные ежедневные тренировки в течение нескольких лет, чтобы обращаться с арбалетами, необходимы были элементарные навыки стрельбы. Однако простота оружия смущала вельмож, и арбалет долгое время считался орудием людей низкого происхождения. В 1139 г. Вторым Лютеранским Собором арбалет был запрещен как смертоносное оружие, его использование было разрешено против неверных. К концу XII в. это оружие широко применялось для вооружения войск Ричарда I Английского и Филиппа-Августа Французского; городские жители тех лет использовали арбалет в схватках с рыцарством, во многих городах Германии и Нидерландов создавались гильдии арбалетчиков под покровительством св. Себастьяна и св. Морица. В городе Херсонесе с III по X в. был на вооружение поставлен отряд лучников, называемых баллистариями, являющимися основным непревзойденным отрядом армии города, однако нет точных сведений о том, какие именно типы арбалетов ими применялись. В истории Франции отмечен случай, когда командующему арбалетчиками был присвоен титул «Гроссмейстер арбалетчиков», который спустя некоторое время был идентичен маршалу французского королевства. Для изготовления арбалета король Карл VII издал указ, в котором предписывалось высаживать тисовые деревья, использовавшиеся в качестве сырья для арбалетных луков.

Золотыми временами для арбалета стали XV—XVI вв., этот вид оружия стал широко применяться, а также модернизироваться. Также в связи с бесшумностью арбалет являлся средством добычи дичи в охотничьем деле, даже в XX в. сибирские промысловики применяли натянутые тросики с подведенным аналогом самострела на звериных тропах.

Боевые арбалеты применялись в XIX– XX вв., модернизированные многозарядные арбалеты в японо-китайской войне 1894—1895 гг. использовались китайскими воинами. Также в Первой мировой войне в позиционных сражениях зафиксировано применение самодельных самострелов. Были отмечены случаи применения партизанами во время Второй мировой войны.

Арбалеты используются в настоящее время как спортивное оружие, в качестве оружия состязания арбалетчиков, которые начали свою историю в XV в., и как охотничий арбалет; спецслужбы используют арбалет в качестве бесшумного средства доставки передвижных средств, например веревки, для установки подслушивающих приборов и др.

Систематизация древних арбалетов производилась относительно размера, способа натяжения, типа боеприпасов.

Арбалеты по размеру подразделяются на ручные арбалеты и арбалеты-пистолеты и станковые.

Группа по способу натяжения:

  1) ручной, а также натяжение, выполняемое при помощи крюка на поясе арбалетчика;

  2) блок – к этому способу относятся английский блок, блок с двумя-тремя роликами, простейший ворот;

  3) ворот – немецкий, червячная передача, зубчатая рейка;

  4) способ, носящий название «козья нога», – либо одноплечевой рычаг, либо рычаг-колонна.

По применяемым боеприпасам арбалеты подразделяются на обычные, с применением болта, баллестры и шнепперы, в этом случае используются глиняные шарики, камни, железные пули.

Для современных арбалетов классификация по размеру подобна древним арбалетам, т. е. разделение на арбалеты и арбалеты-пистолеты. Арбалеты производятся из металла и пластика.

Группирование по методу натяжения в настоящее время в основном относится к ручному, способ «козья нога» применяется очень редко, в исключительных случаях используют блок: такой тип натяжения создали в Хортоновских арбалетах, однако сам блок модернизирован, английский блок создан съемным.

Систематизация по назначению арбалета:

1) спортивные – представляют собой диоптрические прицельные устройства с применением классических луков, в редких случаях ставятся блоки, ложа для таких арбалетов тщательно разрабатывается, стрелы легкие и короткие;

  2) охотничьи – характерной особенностью является большое усилие натяжения, оружие оснащается толстыми и длинными болтами, в этих арбалетах устанавливается блочный лук;

  3) любительские;

  4) самодельные;

  5) аналоги раритетных арбалетов.

По конструкторскому решению арбалеты разделяются на блочные и классические.

Спортивные арбалеты рассматриваются относительно типа применяемых болтов, силы натяжения лука, блочные конструкции не включаются: полевой – 40 кг, выстрелы производятся при помощи стрел, матчевый – 80—120 кг, для стрельбы применяются торпедообразные болты.

Аркебуза

Название оружия произошло от французского слова arquebuse и немецкого понятия, обозначающего ружье с крюком. Фитильное ружье, которое заряжается с дула. Впервые упоминается в XIV в.; в XVI в. было заменено мушкетом. Также назывались аркебузой старинные примитивные ружья. Появились благодаря модернизации приклада ружья: с целью более удобного упора приклада в плечо, они приобрели изогнутую конструкцию.

Для стрельбы из аркебузы использовались стрелы, затем она подверглась усовершенствованию, и стрельба стала производиться пулями. На Руси аркебуза называлась пищалью.

Характеристики. Калибр аркебузы варьировался в пределах 12,5—18,5 мм, облегченный вариант 10—15 мм, 10—15 круглых пуль из фунта свинца; общая длина оружия составляла 1,2—2,4 м, длина ствола – не менее 0,6 м; масса облегченной аркебузы около 6,4 кг; эффективная дальность составляла не более 100 м. В 1494 г. для итальянской кавалерии были разработаны аркебузы длиной в 75 см. С 1493 г. для аркебузы вместо постоянно ломавшихся деревянных шомполов стали изготовляться железные шомпола.

Аркебуза получила широкое использование, так как превосходила длинный лук и арбалет по убойной силе, уступая только в дальности производимой стрельбы.

Аркебузы поставлялись на вооружение войск пехоты в течение столетия во многих странах, небольшими аркебузами вооружались кавалерийские войска, также они использовались как охотничьи ружья.

Базилика (пушка)

У этого орудия есть второе название: османская пушка, представляет собой громадную бронзовую бомбарду. В середине XV в. это орудие изготовил венгерский инженер Урбан, затратив на это три месяца.

Во время осады Константинополя, столицы Византийской империи, турецким войском в 1453 г. под предводительством султана Мехмеда II венгерскому инженеру Урбану султаном было заказано построение огромного орудия для пробивания стен. Благодаря базилике турецкие войска взяли Константинополь 29 мая 1453 г., пробив прочные стены города.

Характеристики. Длина базилики составляла примерно 8—12 м; масса орудия – 32 т; калибр ствола – около 75—93 см; в качестве боеприпаса использовались ядра массой 540—590 кг и диаметром в пределах 73—91 см; дальность производимого выстрела достигала двух километров; время перезарядки орудия – приблизительно в районе одного часа. Для базилик необходим был расчет около 700 человек: для создания равновесия пушки во время ее перемещения с каждой стороны необходимо было держать по 200 человек; для того чтобы воспроизвести движение базилики, необходимо было задействовать 30 пар быков; 200 работников, которые сооружали деревянные мостки, 50 плотников, примерно столько же людей были задействованы непосредственно для произведения стрельбы.

В турецко-византийской войне на второй день использования на орудии появились трещины, несовершенство конструкции не позволило орудию прослужить долго, поэтому спустя полтора месяца базилика полностью разрушилась от собственной отдачи.

Базука

Базука – 60-мм реактивное противотанковое ружье.

Разработали оружие в 30-х гг. XX в. совместными конструкторскими решениями полковник Лесли А. Скиннер и лейтенант Эдвард Г. Ухлом, которые соединили боевую часть кумулятивной гранаты М10 и ракетного двигателя, данное оружие получило название «2,36-дюймовая ракетная пусковая установка», в историю военного оружия вошло под названием «базука». Также одно время «базукой» назывались все ручные противотанковые гранатометы. В 1942 г. в армии США поступает на вооружение реактивное противотанковое ружье М1 «Базука».

Базука относится к динамореактивному оружию, разработанному с открытой с двух сторон гладкостенной стальной трубой, длина которой составляет 137 см, с применением электровоспламенительного механизма, в конструкцию включена предохранительная коробка с контактным стержнем, прицельное устройство, плечевой упор. Задний торец трубки оснащен кольцом, которое закрепляется для облегчения вкладывания гранаты в ствол, передний торец оснащается щитком, выполняющим функцию предохранения стрелка от действия раскаленных газов ракетного двигателя гранаты. Электровоспламенительный механизм обеспечивает воспламенение реактивного заряда гранаты, состоит из двух сухих батареек и сигнальной лампочки, расположенных внутри плечевого упора, электропроводки, контактного замыкателя, т. е. спускового крючка. Прицельные устройства включали в себя задний откидной визирь, переднюю рамку с наличием вертикально расположенных четырех мушек, каждая из которых обеспечивала установленную дальность от 100 до 300 ярдов, что соответствует 91—215 м.

Граната М6 оливкового цвета, применяемая для стрельбы, содержала баллистический колпачок, кумулятивный заряд, взрыватель с чекой, электрозапал, реактивный пороховой заряд, стабилизатор. М6 способна пробивать гомогенную броню в 90 мм, скорость гранаты, придаваемая двигателем, – 85 м/с. Длина гранаты – 550 мм, диаметр – 60 мм, общий вес – 1,5 кг, масса взрывчатых веществ – 0,7 кг.

Заряжание производилось в результате извлечения предохранительной чеки из гранаты, и в этот момент всякие действия с гранатой производятся крайне осторожно, так как падения и удары исключены, также нужно произвести отжатие одной рукой подпружиненной защелки трубы, которая выполняла функцию удержания гранаты от выпадения. Другой рукой необходимо произвести закладывание гранаты в трубу, также нужно опустить защелку, так что она должна заскочить за ободок стабилизатора. Граната заложена, и заряжающий принимает положение, при котором не должен находиться в области действия струи газов ракетного двигателя, такое положение говорит о готовности к стрельбе. При переносе огня и изготовке к выстрелу в целях безопасности отслеживается, что расположено позади стрелка: люди, боеприпасы и горючие материалы должны быть как можно дальше. Также при переносе огня особое внимание уделялось зоне действия пороховых газов, так как в нее ни в коем случае попадать нельзя.

Гранатомет разряжается и в случае отказа оружия, и в случае выхода цели из зоны поражения. Разряжание производится при помощи отжатия защелки ствола, затем производится выемка гранаты, затем предохранительная чека вставляется в гранату и разводятся ее концы.

Первая усовершенствованная модель была разработана летом 1943 г., получила название М1А1, к ней также были разработаны боеприпасы М6А1. Модернизация затронула электровоспламенительный механизм, также оружие было оснащено дополнительной рукояткой, что способствовало наибольшему удобству удержания реактивного противотанкового ружья при стрельбе. Уменьшен вес ружья.

Следующая модернизация требовалась для поражения новых немецких тяжелых танков и средних танков с наращенной броней, которая возросла и определялась в 80—100 мм, а также в результате оснащения танков бортовыми противокумулятивными экранами. М6А1 обеспечивалась новой реактивной гранатой с округлой головной частью М6А3, что в свою очередь позволяло уменьшить вероятность рикошета под большими углами поражения цели, свойственного гранате М6А1. Также усовершенствования коснулись стабилизатора, который решено было заменить цилиндрическим, что положительно сказалось на качестве устойчивости гранаты в полете. Сталь в облицовке кумулятивной выемки заменили медью, что также сыграло положительную роль, повысив бронепробиваемость до 70—100 м гомогенной брони в идеальных условиях 90-градусного попадания. Масса М6А3 – 1,53 кг; длина – 47,5 см, остальные параметры остались без изменения. Двигатель гранаты производил ее разгон до 85 м/с, даже с учетом того, что метательный заряд заканчивался до момента вылета гранаты из трубы. Дальность стрельбы при такой скорости достигала 350 м, эффективная дальность определялась 110 м.

В 1943 г. разработана базука для парашютистов и пехоты под названием М9, труба в этой модели изготавливалась из легкого металла, представляла соединение двух частей, собирающихся в единое целое исключительно перед боем, перемещение базуки на марше осуществлялось в разобранном виде. Сухие батареи, зависимые от сырости и повышенной влажности, были заменены на индукционный генератор, являющийся более подходящим к погодным условиям, генератор устанавливался в пистолетной рукоятке. Заменен плечевой упор, раструб сменил защитный щиток. Внедрен оптический прицел, позволяющий осуществлять прицеливание на расстояния 46—640 м.

Характеристики. Калибр М1 – 60 мм (2,36”), обусловлен диаметром боевой части гранаты М10. Масса – 8 кг; плечевой упор деревянный. Кумулятивные боеприпасы, обладающие бронепробиваемостью в 90 мм, пробивали немецкие танки с толщиной лобовой брони в 30—50 мм, поражали самоходные артиллерийские установки, бронированные 50-мм броней. Дальность прицеливания составляла 200 м. Максимальная дальность эффективного огня была не очень велика в результате рассеивания реактивных гранат.

М1А1 весила 6,8 кг, длина оружия прежняя, эффективная дальность огня – 140 м, максимальная дальность – 350 м. Масса используемой гранаты 1,59 кг. Для оружия требовался расчет в два человека: стрелок и заряжающий.

М9 разработана длиной 1550 мм, масса не изменена. Плечевой упор изготовлен из легкого алюминия и относится к упору рамочного типа. Максимальная прицельная дальность – 640 м.

Длина трубы М9А1 составляла 1550 мм, в разобранном виде 527 мм, масса – 7,2 кг. Для произведения выстрелов применялись гранаты типа М6А3 и М7А1, длина этого типа составляла 46,5 см, масса 1,6 кг. Граната М7А1, начиненная 226 г пентолита, способна поразить броню в 120 мм. Скорость боеприпасов 82—58 м/с, эффективная дальность – 110 м, максимальная дальность – 350 м; скорострельность – 10 выстрелов в минуту.

Изготовление базук происходило в ускоренных темпах для обеспечения войск оружием в участии Африканской кампании. После захвата немецкими войсками нескольких экземпляров базук они были тщательно изучены и на их основе разработаны гранатометы «Офенрор», «Панцершрек». За годы Второй мировой войны американская промышленность произвела около 480 тыс. базук всех модификаций и свыше 15 млн реактивных гранат всевозможных типов для их обеспечения.

Первое использование противотанковых ружей-базук состоялось весной 1943 г. в Тунисе. Эксплуатация оружия позволила выявить недостатки этого оружия. К ним относилась большая длина трубы, что привносило определенные неудобства при передвижении расчета на марше. Ненадежность выявлена у сухих батарей электровоспламенительного механизма, передний торец трубы оснащался защитным щитком, который препятствовал хорошему обзору поля боя. Постоянная модификация оружия позволила повысить боеспособность оружия относительно усложняющихся задач. Увеличилась бронепробиваемость, что повысило применение базук против тяжелых и средних танков. Усовершенствование боеприпасов увеличило поражающие способности базук, затем повысился набор используемых боеприпасов, для базук приспособили дымовые, противопехотные осколочные реактивные гранаты. М19А1 и М10, содержащие белый фосфор, использовались для создания дымовой завесы и для поражения живой силы в радиусе 14 м, нанося увечья частицами горящего фосфора, и для создания пожара. М22 оснащались дымами красного, желтого, фиолетового, зеленого цветов, предназначались в качестве указателей цели. На основе М10 разработана зажигательная граната Т31; на основе М10А2 создана химическая М26, оснащенная фосгеном. Как обучающая реактивная граната применялась М7 с наличием инертной боевой части. В армии США базуки М1,М1А1, М9, М9А1 во Второй мировой войне были приняты на вооружение пехотных войск с целью борьбы с танками на ближних расстояниях, также базуки использовались в военных действиях США в Корее. Насыщенность войск базуками, а это пять ружей на роту, позволила значительно повысить боевые способности армии США. Модели М9 и М9А1 были приняты на вооружение десантных войск, использовавшиеся при десантировании бойцов вместе с базуками и боеприпасами к ней. М1 и М9 поставлялись армиям, участвовавшим в антигитлеровской коалиции, в 1942 г. примерно тысяча экземпляров Б. по ленд-лизу была отправлена для вооружения Красной Армии. Они использовались войсками Красной Армии при форсировании Вислы. После Второй мировой войны базуки поставлялись в виде военной помощи в страны Латинской Америки, в армии стран НАТО. Новая модификация М20 пользовалась хорошим спросом в армии Израиля, также были зафиксированы в середине 1950-х гг. в частях Вьетнама, сражавшегося с французскими войсками. В начале войны в Корее М20 не были поставлены для армии США и Южной Кореи, поэтому танковые атаки КНА были успешными. В этой войне 2,36-дюймовые реактивные ружья оказались бессильными против танков Т-34-85, безрезультатность базук в боях показала, что их время прошло.

Для исследования характеристик базук немецким офицером Е. Шраммом была построена модель базуки калибра 0,5 кг, в орудии использовалось свинцовое ядро, пролетевшее в результате выстрела на расстояние в 300 м. В 2000 г. при помощи компьютерного моделирования была создана базука, весившая 8,5 т, калибра в 26 кг, данная конструкция смогла произвести выстрел на расстояние в 85 м. Однако конструкция данного орудия оказалось несовершенной и недоработанной, поэтому оно вышло из строя уже после нескольких выстрелов.

Торсионы изготавливались из жил животных. В летописях описывалось, что метательные орудия типа базук являлись непригодными в работе, в том случае если они не были натянуты канатами или жилами. Для этих целей использовали конский волос из грив и хвостов лошадей. Также использовали женские волосы, такие случаи описаны во время осады Рима. Когда в осажденном Капитолии базуки стали выходить из строя, римские матроны отрезали свои волосы и отдавали их для военных нужд. Машины удалось восстановить, и вскоре нападение на город было отражено.

При использовании примерно десятка базук стены города были подвержены сокрушительному разрушению. Основному разрушительному действию подвергались оборонительные сооружения, расположенные по верхнему гребню стен, таких как навесы, башни, метательные машины, защитные зубцы. Камни, выстреливаемые базуками, создавали пронзительный свист, и результатом их падения являлось поражение некоторого количества живой силы.

Римская армия была хорошо оснащена базуками, на вооружение каждого центурия были поставлены карробаллисты, представлявшие собой стрелометы, водруженные на повозки, в легионе количество базук такого типа достигало 55. Для перевозки предоставлялось по два мула и по одному воину из палатки, в общей сложности одиннадцать человек, производивших наводку и обслуживание. Такого типа базуки использовались для защиты лагеря, во время боя их располагали позади тяжеловооруженной пехоты.

Карробаллисты обладали большой силой удара, при выстреле поражались как пехотинец, оснащенный щитом, так и легкобронированный в панцирь всадник. Для метания камней римляне также применяли онагры, представлявшие, как и карробаллисты, идентификатор полевой артиллерии.

Баллиста

Баллиста – древняя двухплечевая камнеметная машина, созданная на основе торсионного действия, получившая название от латинского слова ballista и от греческого слова ballo, означающего «бросать». В Греции баллистами назывались палинтононы, производящие выстрелы по навесной траектории, а также катапелтай петроболос, что в переводе означает «камень против щита». Широкое распространение получило римское название этого орудия – баллиста. Конструкторское решение баллист практически идентично катапульте, главной отличительной особенностью баллист являлся способ производимой стрельбы, заключающийся в произведении выстрела под большим углом с использованием камней.

Первые виды баллисты появились во времена Александра Македонского. Существует версия возникновения баллист в качестве модификации катапульт примерно в 350 г. до н. э., они создавались как поражающий фактор разрушительного действия оборонительных или осадных сооружений противника. В I в. до н. э. баллистами стали называть стрелометы.

Римские воины во время военных действий захватывали баллисты и затем их успешно применяли.

Характеристики. Калибр используемых камней в баллисте находился в прямой зависимости от массы камня, который огранялся по типу ядра. Использовались камни различной массы, в 0,6, 13, 26, 52 кг, отмечалось применение камней в 78 кг. Чтобы произвести выстрел, необходимо было осуществить закрутку жгута до состояния, при котором удар по жгуту отзывался ровным мелодичным звуком по всей длине жгута, все используемые жгуты должны были издавать идентичный звук.

Для произведения выстрела камнем массой в 0,6 кг необходимо отверстие для скрученного жгута в пять пальцев; камнем в 1,1 кг – шесть пальцев; камнем 1,7 кг – семь пальцев; камнем 3,3 кг – восемь пальцев; камнем 6,5 кг – десять пальцев; камнем 13 кг – двенадцать пальцев и 9/16-х; камнем 26 кг – пятнадцать пальцев.

Дальнобойность баллист калибра в 26 кг при осаде Иерусалима римлянами в I в. составляла примерно расстояние в 360 м.

Бездымные пороха

Бездымные пороха – вид пороха, относящийся к группе коллоидальных порохов, которая подразделяется на пороха, созданные при помощи летучего растворителя, называемые пироксилиновыми, и на пороха, созданные при помощи труднолетучего растворителя, называемые нитроглицериновыми.

Пироксилиновые пороха создаются в результате воздействия на пироксилин, нитроклетчатку летучих растворителей, одним из возможных является смесь спирта и эфира.

Нитроглицериновые пороха выделяются путем превращения пироксилина в коллоидную массу при действии на него нитроглицерина, являющегося труднолетучим растворителем. К бездымным порохам пироксилиновым относят такие марки пороха, как «Сокол», «Фазан», «Сунар», «ВУСД». К нитроглицериновым охотничьим бездымным порохам относят «Кордит», «Барс», «Баллистит».

Характеристики. Цветовая гамма бездымного пороха разнообразна, варьируется от желтого, светло-зеленого до темно-бурого. Необходимым условием качественности пороховых зерен является их гладкая поверхность, исключающая возможность появления трещин и заусенцев. Также зерна должны характеризоваться прочностью и роговидным строением. Бездымные пороха наиболее эффективны по своим физикохимическим и баллистическим характеристикам.

Количество тепла, которое выделяется пироксилиновым порохом, соответствует 800—900 ккал/кг, нитроглицериновым – в пределах 1100—1200 ккал/кг.

Температура горения: пироксилиновые – 2230—2500 °C; нитроглицериновые – 2700—3200 °C.

При горении происходит выделение газа, пироксилиновым порохам соответствует выделение в количестве 765 л газа, для нитроглицериновых характерно выделение 715 л газа.

Отмечено, что бездымные пороха являются в три раза сильнее дымных порохов.

Бездымные пороха без воздействия на них давления неспособны воспламеняться и гореть; воспламенение происходит при атмосферном давлении на открытом воздухе при помощи источника пламени. Скорость горения составляет 0,2—0,4 см/с.

Используются для снаряжения попковых и металлических гильз. Для металлической гильзы нужна некоторая пристрелка ружья, в гильзах этого вида нередко используется больший заряд пороха, нежели для попковой гильзы, в связи с тем, что металлическая гильза не подлежит закручиванию.

Берданка

Берданка – винтовка калибра 10,67 мм модели «Бердан Тип № 2», разработанная конструктором Берданом, использующая черный порох в крупнокалиберной безоболочной пуле калибра более 9 мм.

В 1869 г. конструктор посетил Россию. По прибытии в Санкт-Петербург Бердан обращается к правительству России с предложением об ознакомлении с его новым оружием. Предложение было принято, оружие изучено, и император Александр II подписал указ о принятии на вооружение армии винтовки Бердана, получившей просторечное название «берданка».

На вооружении данное оружие прослужило двадцать лет, на смену винтовке Бердана в 1891 г. пришла трехлинейная винтовка Мосина.

Представляет собой однозарядную винтовку, оснащенную скользящим затвором, выступы боевой личинки сконструированы таким образом, что помещаются в пазы исключительно на одну восьмую оборота, однако такая схема приводила к самопроизвольному открыванию затвора, которое вело к ранению стрелка. Канал ствола оснащен патронником и шестью нарезами, глубина которых составляет 0,254 см, ширина нареза определяется в полторы линии, что почти в три раза шире полей, длина хода нарезов соответствует 50 калибру, равному 21 дм, поэтому на всей длине нарезного участка ствола нарезы делают полтора оборота.

Создание выстрела в системе Бердана. Ударник взводился на боевой взвод, при нажатии назад на спусковой крючок происходило его вращение вокруг оси, передним концом он поворачивал шептало, которое выходило из сцепления со взводом.

Боевая пружина подвергается сильному сжатию между головкой ударника и уступом в канале затвора, при разжимании силой отправляет ударник с трубкой затвора вперед, ударник в свою очередь ударяет по капсюлю, что приводит к выстрелу. Винтовки при выстреле производили дым, который демаскировал стрелка, обладали низкой скорострельностью.

Следующее заряжание создается поворачиванием затвора за рукоятку справа-вверх-налево. Гребень затвора перемещается с упора ствольной коробки, происходит расцепление затвора со ствольной коробкой и со стволом. Смещение гребня на затворе доходит до противоположного состояния продольного паза коробки.

Боевая личинка, прикрепленная винтом к затвору, также передвигается вместе с затвором, в результате чего трехгранный паз в задней части личинки нажимает на грани призматической головки ударника, отодвигая ударник с замочной трубкой назад и чуть сжимая боевую пружину.

Пехотная винтовка системы Бердана образца 1870 г.

Считалась довольно удачной конструкцией того времени. Штык в винтовке образца 1870 г. располагался с правой стороны ствола, для образца 1868 г. характерно было расположение штыка под стволом. Затвор винтовки скользящий, запирание создается вследствие поворачивания затвора на 1/8 часть окружности, в результате этих действий происходит упирание затвора в заднюю стенку окна ствольной коробки. Для выема затвора из коробки необходимо нажать на отражатель. Открытие затвора исключено при постановке курка на предохранительный взвод. При закрывании затвора происходит взведение курка на боевой взвод. Выбрасыватель оснащен длинной спиральной латунной пружиной.

В качестве предохраняющего устройства от самопроизвольного выстрела при неабсолютно закрытом затворе использовалась призма, расположенная в передней части ударника и входящая в определенный вырез на тыльной части личинки при довернутом вправо затворе. Ложа производилась из ореха, а затем перешли на березовую ложу, скрепление цевья со стволом осуществлялось двумя раздвижными кольцами на винтах. Винтовка, предназначенная для гвардейских частей, оснащалась тесаком, который заменял штык. Прицел подъемный ступенчатый. Стальной шомпол ввинчен в шомпольный упор.

Характеристики. Калибр ствола – 4,2 лин.; длина без штыка – 53 дюйма (= 132 см); длина со штыком – 73 дюйма; длина с тесаком – 73,5 дюйма; масса с тесаком – 12 фунтов (= 4,920 кг); масса со штыком – 11 фунтов 36 зол.; масса без штыка – 10 фунтов 36 зол. (= 4,230 кг); прицельная дальность до 200 шагов.

Драгунская винтовка системы Бердана образца 1871 г.

Отличительная особенность затвора этой модификации состояла в наличии предохранителя для затвора от выпадения оружия, в случае сильных сотрясений винтовки и последующей возможности опускания отражателя, что часто случалось в кавалерийских войсках, предохранитель устанавливался с левой стороны ствольной коробки.

На стволе установлена мушка, основание которой является штыковым целиком, справа от ствола расположен примкнутый немного укороченный штык.

Ложа из ореха или березы, в цевье и прикладе созданы щели, способствующие прохождению ремня, края щелей оправлены железными кольцами, которые крепятся к своим местам врезанными в ложу стальными пружинами. Конструкция шомпола идентична пехотной модификации.

Характеристики. Калибр ствола – 4,2 лин.; длина ствола – 28,35 дюйма (= 70 см); длина без штыка – 48,5 дюйма (= 121 см); длина со штыком – 68,25 дюйма; масса без штыка – 8 фунтов 75 зол. (= 3,5 кг); масса со штыком – 9 фунт. 60 зол. (= 3,8 кг); форма, число, крутизна нарезов совпадают с пехотным вариантом; уменьшенный размер прицела подъемного ступенчатого, имеющего деления до 1500 шагов, постоянный прицел на 200 шагов.

Изначально производство «Бердан 2» было организовано на заводе в городе Бирмингем, в Англии, затем массовое производство было освоено и на нескольких русских оружейных заводах, производивших как винтовки, так и необходимые к ним патроны.

Берданка являлась последней однозарядной винтовкой конца XIX в., использование винтовки Бердана позволило российской армии незначительно приблизиться к обороноспособности государств Европы, однако вооружение армий европейских государств переходило на магазинные многозарядные ружья.

Такие винтовки после снятия с вооружения сохранялись в военных училищах императорской России, также на складах, в крепостях осуществлялась их сохранность вместе с необходимыми к ним боеприпасами для мобилизационного ресурса.

Большая часть винтовок была перенаправлена как гражданское оружие. Винтовки Бердана применялись в Первой мировой войне, в связи с нехваткой оружия, как устаревшие модели, так и немного усовершенствованные.

Бомба

Бомба – разрывной снаряд, масса которого превышает 16,38 кг.

Первые бомбы производились в Китае в XII в., снабжались запалами, метались при помощи метательных машин, создавая шумовой эффект, способный пугать и приводить в замешательство лошадей противника и самих бойцов. Фугасные бомбы заключались в корпус из литого железа, внутрь закладывалась шрапнель, поражающая противника при взрыве. В Китае в состав взрывчатых веществ, которыми начиняли бомбы, включались ядохимикаты.

Бомба авиационная. Представляет собой один из видов авиационных боеприпасов, которые сбрасываются с летательных аппаратов.

Современные авиационные бомбы подразделяются на управляемые и неуправляемые. Масса авиационных бомб варьируется от 0,5 до 20 000 кг.

Основное назначение – такие бомбы имеют обычный или ядерный заряд, применяются для поражения наземных и морских целей. Вспомогательное назначение – используются для освещения местности, постановки дымовых завес и т. д. Авиационные бомбы с обычным зарядом подразделяются на фугасные, осколочные и др.

Впервые авиационные бомбы были применены во время итало-турецкой войны 1911—1912 гг.

Управляемые авиационные бомбы. Такие бомбы имеют аэродинамические поверхности на корпусе, в виде развитого стабилизатора, рулей, иногда крыльев, которые позволяют совершать управляемый полет после сброса с носителя. Управление происходит после получения команды на управление с носителя по радио, лазерному лучу и т. д., а также может вырабатываться бортовой аппаратурой. Такие бомбы применяются для поражения малоразмерных целей.

Зажигательные авиационные бомбы. Корпус таких бомб изготавливается из горючих материалов, например электрона, являющегося сплавом магния и алюминия. Крупнокалиберные зажигательные авиационные бомбы оснащены загущенным легковоспламеняемым горючим различной консистенции, например керосином, бензином, а также разнообразными органическими соединениями.

Зажигательные авиационные бомбы малого калибра снабжаются твердыми горючими смесями, которые производятся на основе разнообразных материалов, например термита, достигающих температуры горения 2000—3000 °C. Применяются с целью поражения огнем живой силы и военной техники путем создания очагов пожара.

Противотанковая авиационная бомба. Этот тип бомб применяется для поражения бронезащитных объектов, например танков, артиллерийских установок, для поражения наземного транспорта, наземных целей стратегического назначения, например складов боеприпасов и горючего. При действии противотанковой авиационной бомбы происходит взрыв заряда специальной формы, который образует кумулятивную струю поражающего действия.

Созданная струя настолько мощна, что пробивает броню, уничтожает живую силу, стратегические объекты. Также противотанковые авиационные бомбы при взрыве образуют осколки своего корпуса, поражающие на близком расстоянии живую силу.

Фугасно-зажигательная авиационная бомба. Таким бомбам свойственна комбинация поражающего действия фугасных и зажигательных бомб. Начиняются зажигательными составами, например пиротехническими составами, термическими патронами, а также взрывчатыми веществами. Взрыв бомбы представляет собой взрыв зажигательного состава, возгорания термитных патронов, беспорядочно разлетающихся в разные стороны, производя добавочные очаги пожара.

Химическая авиационная бомба.

Используется как бомба общего отравляющего заражения против живой силы. Отравляющие вещества, применяемые в химических авиационных бомбах, подразделяются на нестойкие и стойкие. Некоторые виды химических авиационных бомб снабжаются зарином, синильной кислотой, фосгеном и другими отравляющими веществами.

Бомбарда

Название произошло от французского слова bombarde. Одно из первых европейских артиллерийских орудий, получившее применение главным образом в военных действиях оборонительного и осадного характера в XIV—XVI вв. Выглядели как толстые железные трубы очень большого диаметра, оснащенные запальным отверстием; часто конструкторское решение бомбарды предполагало наличие открытых с двух сторон труб.

Конструировались из полос из кованого железа, которые сваривались по длине и скреплялись набитыми на полосы тяжелыми железными обручами. С годами перешли к бронзовым стволам, длина ствола небольшая. Стрельба из орудия производилась при помощи каменных ядер, кусков железа и стрел, железных ядер. Для перемещения бомбарды большого калибра необходимо было разобрать ее на довольно крупные части. Этот вид оружия разрабатывался без лафета и цапф. Для произведения стрельбы бронзовый или железный ствол бомбарды необходимо было уложить в деревянную колоду-сруб, который упирался либо в кирпичную стену, либо в сваи. Чтобы произвести выстрел, нужно было в ствол со стороны казны поместить порох. Затем укладывалось ядро, заднюю часть орудия прикрывали приставным дном, плотно подпиравшимся клиньями и бревнами, далее порох укладывался в запальное отверстие. Чтобы поджечь порох, нужно было поднести раскаленный стержень к заполненному отверстию, сгорающий порох производил выброс каменного ядра. Знаменитая Царь-пушка также относится к бомбардам самого большого калибра, составляющего 900 мм.

Характеристики. Калибр ствола составляет 5—6, наибольший калибр сконструирован около 1000 мм. Вес орудия 14—19 т; дальность огня при выстреле достигала 700 м.

Использовались для защиты и осады крепостей, при осаде Гибралтара 1308 г., в англо-шотландской войне 1327 г., при осаде Чивидале в Италии, в битве при Креси в 1346 г. отмечено применение трех бомбард. В 1340 г. благодаря бомбардам английский флот смог выиграть морскую битву при Слейсе.

К началу века артиллерией владели почти все европейские армии, а впоследствии благодаря турецким мореходам пушки появились и в Восточной Азии. Пушки отливались обычно из чугуна или кованого железа (правда, очень редко составлялись и из железных брусьев и перетягивались стальными обручами).

Пушки применялись чаще всего только при осаде крепостей или их обороне. Литые пушки (их чаще называли бомбарды) перевозились на запряженных волами телегах; для стрельбы их ставили в углубление в земляной насыпи или устанавливали на деревянные платформы, связанные из толстых стволов прямо на месте. Итак, оружие это являлось, по сути дела, стационарным, а поэтому прообразом полевой артиллерии являться никак не может. Ядра для бомбард чаще всего были железными или каменными – ко времени появления последних мастерам удалось достичь немалого успеха в искусстве обтесывания. По мере того как повышалось мастерство оружейников и улучшалось умение канониров обращаться с элементарными неустойчивыми пороховыми смесями, пушки оказывались все более действенным оружием и для осады, и для защиты крепости. Размеры бомбарды неуклонно росли; так, например, при осаде Константинополя на вооружении турецкой армии было 70 тяжелых бомбард, 12 из которых являлись необыкновенно крупными, в том числе одна девятнадцатитонная громадина, стрелявшая каменными ядрами весом до 680 кг больше чем на полтора с лишним километра. Из-за сильной отдачи пушка откатывалась назад, ее приходилось возвращать на место. Это была очень трудоемкая работа, такое орудие могло стрелять не больше семи раз в день. Большинство бомбард заряжались с дульной части, но были и такие, которые заряжались с обратной (казенной) стороны. Последние, впрочем, были весьма опасны в обращении, потому что не удавалось добиться результативной изоляции (обтюрации) казенной части в момент выстрела от выхлопа взрывоопасной смеси газов. Из-за этой опасности бомбарды, заряжающиеся с казенной части, вскоре стали отходить на второй план.

Бомбомет

Бомбомет – огнестрельное орудие, применяющееся для ведения ближнего боя. Предназначен для уничтожения живой силы противника навесным огнем, для которого в качестве снарядов применяются гранаты и бомбы осколочного действия различного веса – от 3 до 30 кг. Впервые бомбометы были применены в Первой мировой войне 1914—1918 гг. армиями практически всех стран-участниц. Имеет в зависимости от размеров различный калибр – от 20 до 152 мм. Дальность стрельбы классического бомбомета может превышать 800—850 м.

Особо полезными бомбометы становились перед штурмом (когда артиллерия уже не может вести продуктивный огонь), при обороне для выбивания из лагеря ворвавшегося противника или предупреждения вторжения.

По устройству классическая схема бомбомета практически полностью совпадает с конструкцией миномета, но имеет некоторые важные отличия. Например, в отличие от минометов бомбометная техника заряжается не с дульного отверстия, а с казны. Бомбометы недолго пробыли на вооружении, так как мощности посылаемого заряда было недостаточно для разрушения окопов, блиндажей и прочих укреплений противника, а применять такой род техники выборочно было невыгодно в связи с большой себестоимостью каждого орудия. Поэтому вскоре бомбометы уступают место минометной артиллерии.

До начала Первой мировой войны русская армия не имела никакого представления о немецкой разработке. И только после первых сражений встал острый вопрос о срочном создании подобной техники и в России. Первые разработки велись с применением конструкции трофейных орудий, зачастую не отличавшихся идеальными техническими характеристиками. Многие конструкции доводились с помощью устных рассказов и описаний очевидцев, которые делали упор на такие показатели, как легкость, маневренность, простота в применении. Поэтому первые отечественные модели не отличались ни мощностью, ни дальнострельностью, ни скоростью осуществления выстрела. Во многом модификации бомбометов, спроектированных в России, и модели, находящиеся на вооружении германской армии, в корне оставались различными. Объединяло конструкторов и инженеров обеих держав только одно – все старались создать технику, максимально приспособленную к ведению полевого боя.

Существовала специальная памятка от 1916 г., разработанная конгрессом военных инженеров-испытателей «Наставление для применения траншейных орудий ближнего боя», в которой описывались необходимые характеристики бомбометной техники. Так, по такому документу бомбомет должен отличаться портативностью и отсутствием необходимости подготовки какой-то специальной площадки. В обращении бомбометное орудие должно быть довольно простым, чтобы для его применения не требовались какие-то специальные навыки. Минимальная дальность должна составлять хотя бы 500—600 м. Радиус разлета осколков при применении осколочных снарядов – минимум 20 м. Эти характеристики были воплощены в жизнь и со временем улучшились. В частности, увеличилась минимальная дальность стрельбы, мощность орудия и т. д.

Бомбометная техника использовалась и самостоятельно, в качестве мобильных устройств с возможностью перемещения в нужную точку. Также широко применялись стационарные бомбометы, закрепленные на различных видах крупной военной техники – самолетах, вертолетах, танках, военных судах. Применялись различные типы снарядов – разрывные и осколочные бомбы, глубинные снаряды, гранаты, шрапнельные снаряды и т. д.

Штоковый бомбомет образца 1940 г. – одна из самых известных и широко применяемых моделей бомбометов, использовавшихся и после Первой мировой войны. Данное орудие являлось стационарным, устанавливалась такая система на кораблях ВМФ, в частности миноносцах, с 1941 по 1949 г. Для стрельбы применялись глубинные бомбы советского производства. В зависимости от цели длина залпа могла варьироваться и имела три основные величины – 40, 80 или 110 м.

Основные технические данные орудия: вес – около 200 кг, угол вертикального обстрела – 45°, залп – одна глубинная бомба.

Брандскугель

Брандскугель – зажигательный снаряд, поставленный на вооружение артиллерии в XVIII в., который начинялся зажигательным веществом, трубка брандскугеля оснащалась тремя или пятью отверстиями.

Браунинг

Браунинг – огнестрельное оружие, автоматический пистолет.

Создатель этого оружия американец Джон Мозес Браунинг по праву считается гениальным мастером-оружейником. Проектированием самозарядных пистолетов он начал заниматься в 90-х гг. XIX в. Уже через два года после начала работы Браунинг был обладателем нескольких американских патентов на сконструированные им пистолеты, которые во многом определили все дальнейшее развитие этой отрасли. Четыре конструкции автоматических пистолетов – с использованием газоотводной автоматики, со свободным затвором, а также основанные на использовании энергии, образующейся при отдаче короткого ствола (с поворотом ствола или с запиранием снижением), ставшие базовыми для дальнейших разработок этого вида оружия, были изобретены именно Браунингом. Из этих конструкций наибольшее значение для дальнейшего развития производства огнестрельного оружия имели две – та, в которой использовалась энергия отдачи короткого ствола, и конструкция со свободным затвором. Модифицированный вариант первой схемы стал основой таких моделей пистолетов, как Colt – Browning M1911 и FN – Browning GP-35 «High Powers». Схема устройства оружия со свободным затвором легла в основу конструкции знаменитых бельгийских Браунингов, а также карманных вариантов пистолетов Кольт и множества других разновидностей, выполненных в подражание этим моделям.

Обе эти конструкции были вполне оформлены автором к 1898 г. При этом фирма «Кольт», находящаяся в Америке, начала работу с обеими схемами, а бельгийские представители «Фабрик Националь» выбрали одну схему – более простую в исполнении, но и гораздо менее мощную в использовании. В следующем году в Бельгии были выпущены уже несколько тысяч автоматических пистолетов этой системы калибра 7,65 мм с длиной ствола 122 мм. Еще через год фабрик Националь стала выпускать модифицированную модель этого оружия со стволом 102 мм. Этот пистолет стал известен под названием Браунинг номер 1 (Browning no.1), или FN modele 1900, и по праву считался первым популярным самозарядным пистолетом в странах Европы начала XX в. Это оружие использовалось не только полицейскими, но и гражданскими лицами. Многократное копирование этого пистолета происходило в те годы в странах Азии, особенно в Китае.

Это оружие является самозарядным пистолетом, снабженным магазином и стволом с жестким креплением на рамке. В основе принципа действия пистолета лежит схема со свободным затвором. Пружина возвратного действия у этой модели оружия является одновременно и боевой пружиной, так как ее расположение над стволом пистолета позволяет ей посредством специального рычага воздействовать на ударник. Пистолет снабжен ударно-спусковым механизмом одинарного действия. На левой стороне рамки оружия находится ручной предохранитель. Все прицельные приспособления, используемые в этой конструкции, являются открытыми и нерегулируемыми. Поскольку в данном устройстве используется достаточно низко расположенный ствол, то специальное отверстие, предназначенное для экстракции гильз, находится на рамке, а не в затворе, как это бывает чаще всего. Тот конец рычага, посредством которого возвратно-боевая пружина соединяется с ударником, является одновременно и указателем взведения ударника, так как если ударник находится в спущенном состоянии, то этот рычаг блокирует линию прицеливания, закрывая прорезь в целике. Для питания патронами данной модели пистолета используются коробчатые отъемные магазины, рассчитанные на 7 патронов. Для фиксации магазина служит защелка, расположенная на рукоятке оружия в задней ее части.

Вторая модель Браунинга Browning M1903 в очень похожих вариантах выпускалась одновременно в Бельгии и в США. В странах Европы пистолеты этого вида были быстро вытеснены более удобными Browning M1910 и М1910/22, а в Америке было широко распространено использование этой модели в качестве оружия как военных, так и гражданских лиц. Также эти пистолеты получили распространение в Дании, Швеции, Турции и России. Именно эта модель считается прототипом конструкций большей части пистолетов, изготавливаемых в настоящее время.

Также в Бельгии в разное время «Фабрик Националь» производились и другие модели Браунингов: FN Browning HP, FN Browning BDA380, FN Browning HP-DA BDA9 BDAO, FN Browning BDM.

В конце XX в. в США особой популярностью пользовался пистолет Browning BDM. В основе его устройства лежит схема автоматики с коротким ходом ствола и использованием запирания посредством перекоса ствола. Снижение ствола происходит посредством взаимодействия некоторых элементов рамки с фигурным вырезом в приливе. Главным отличием этой модели от других разновидностей Браунингов является запирание при помощи мощного боевого упора за окно, служащее для экстракции гильз, которое расположено в затворе. Также характерной чертой пистолетов этого типа является практически полное расположение затворной выдержки внутри рамки. Для того чтобы разобрать пистолет, необходимо воспользоваться специальным рычагом, находящимся на левой части рамки. Однако прицельные устройства, лишенные возможности регулирования, а также выполнение щечек рукоятки, роднят эту модель с другими пистолетами этого вида.

Основным отличием Browning BDM от большинства других автоматических пистолетов является возможность выбора режима работы ударно-спускового механизма.

Воспользовавшись любым плоским предметом – лезвием ножа или монетой, можно перевести пистолет из режима классического самовзвода в «револьверный» режим.

В последнем случае курок оружия должен быть взведен при помощи нажатия на спусковой крючок.

Вальтер

Отмечалось, что мануфактура Вальтера, традиционно производившая оружие, была принята в гильдию оружейников в 1593 г.

История завода Вальтер началась в 1886 г., когда Карл Вильгельм Вальтер организовал оружейную мастерскую, получившую впоследствии название завода Вальтера. Спустя год завод насчитывал 500 работников, также удалось обеспечить производство хорошим оборудованием. В наличии конструктора был один токарный станок с ножным приводом и одна кузня. В возрасте 28 лет Вальтер разработал первое оружие. Наиболее привлекала конструктора разработка автоматических пистолетов. В 1908 г. семейство Вальтеров сконструировало первый полуавтоматический пистолет «Вальтер модель 1 калибра 6,35 мм». На базе этого пистолета создаются еще четыре варианта пистолета. Мастерская Вальтера занимается также разработкой и изготовлением высокоточных охотничьих винтовок. Автоматический пистолет Вальтера произвел прорыв в оружейном производстве. К 1915 г. оружейная компания «Вальтер» являлась уважаемой и популярной. После кончины в этом году Карла Вильгельма Вальтера фирма переходит к его сыновьям Фрицу Августу, Георгу Карлу и Гансу Эрику Вальтерам, которые продолжили дело отца. До Второй мировой войны фирма «Вальтер» разрабатывала новые виды оружия и производила хорошо зарекомендовавшие себя модели оружия. Верховное командование вермахта приняло на вооружение 26 апреля 1940 г. полуавтоматический пистолет Вальтер Р38. Внешний вид Р38 был идентичен пистолету немецкого производства Luger, отличительной же особенностью Вальтера было наличие характеристик боеспособности, простая эксплуатация оружия. После войны Фриц Вальтер с небольшим количеством сохранившихся чертежей попытался возродить в Восточной Германии фирменную марку Вальтера, однако в Германии был введен мораторий на производство огнестрельного оружия.

Под руководством Фрица Вальтера была создана практически вручную первая немецкая вычислительная машина. После снятия ограничений Фриц Вальтер приступил к разработке пневматического пистолета LG51. В 1952 г. произведены первые пистолеты PP и PPK. Весной 1953 г. создан пневматический пистолет LG53, также разработано производство мелкокалиберных винтовок. Фирменная марка позволяла успешно продавать продукцию компании Вальтер.

В 1953 г. заложен первый корпус нового завода, который до настоящего времени является частью заводского корпуса. В 1954 г. уходит из жизни старший брат семейства Вальтеров Георг Вальтер, Фриц Вальтер усердно работал до 18 декабря 1966 г.

С началом Второй мировой войны завод был ориентирован исключительно на производство оружия для вооружения немецкой армии, завод уже насчитывал 2000 работников, за все годы войны было изготовлено несколько миллионов экземпляров оружия. Торговая марка «Вальтер» в 1993 г. была продана группе компаний Umarex, являющейся очень крупной компанией, специализирующейся на продаже гражданского и военного стрелкового оружия и имеющей эксклюзивные права на продажу фирменных марок «Вальтер», «Браунинг», «Беретта», «Кольт», «Смит и Вессон». Фирма «Вальтер» в настоящее время производит серийный выпуск высококачественных пневматических пистолетов, винтовок мелкого калибра и оружия для самообороны. Также в наше время в США выпускаются модели оружия, разработанные на заводе Вальтер.

Во время Второй мировой войны пистолеты Вальтера получили широкое применение. В 1945 г. при взятии города Зела-Мехиз американские войска захватили завод Вальтера вместе с экспериментальными моделями оружия и прототипами моделей, как трофейное оружие оно было доставлено в США.

В настоящее время широко используется спортивное оружие, многие олимпийские чемпионы заработали золотые медали благодаря оружию Вальтер.

Характеристики. Автоматический пистолет (Р38): 9-мм калибр; весит 0,78 кг; длина такого типа оружия 215 мм; емкость магазина 8 патронов; способен производить до 16 выстрелов в минуту; прицельная дальность вальтера достигает 50 м; масса пули 8 г, начальная скорость которой доходит до 320 м/с.

Винтовка

Винтовка – оружие, используемое для поражения одиночных живых целей на расстоянии до 600 м, подразделяются на самозарядные винтовки и автоматические, т. е. самострельные винтовки. Преимущественные свойства при произведении одиночного огня магазинных автоматических винтовок относительно неавтоматических примерно в 2 раза больше, 25—30 выстрелов в минуту, также автоматические более удобны в обращении и эксплуатации, при выполнении прицеливания. Конструкция самозарядных винтовок является более простой по сравнению с автоматической.

Название «винтовка» произошло от нарезного оружия, созданного в конце XV и в начале XVI вв., оснащенного винтовым стволом. Введение в середине XIX в. ударных капсюлей и свободной досылки пули при заряжании нарезного ружья позволило использовать нарезы в пехотном оружии. Очередным этапом в развитии винтовок стало введение казнозарядных систем, теперь отпадала надобность в постоянном поворачивании ружья дулом к заряжающему. Движение пули происходило по нарезам, что способствовало дальнейшей разработке унитарных патронов. В России в 1865 г. на вооружение было принято 6-линейное винтовальное ружье, получившее затем название «винтовка», которое представляло собой доступное для каждого солдата понятие, объясняющее главное начало оружия как принцип действия нарезного оружия. Однако не во всех иностранных языках обозначено деление на ружья и винтовки. В настоящее время винтовка – это индивидуальное длинноствольное стрелковое оружие с наличием нарезного ствола.

Магазинные – модели винтовок, применяющие мускульную силу стрелка для приведения в действие механизмов винтовки, также используется понятие болтовые винтовки – от английского bolt action rifle – несамозарядная винтовка с продольно-скользящим затвором. Впервые магазинная винтовка была поставлена на вооружение армии Швейцарии в 70-е гг. XIX в. и являлась разработкой системы Веттерли-Витали. В 1886 г. на вооружение французской армии принята винтовка, ориентированная на 8-мм патрон системы Лебеля. В конце века винтовка становится индивидуальным оружием пехоты. Магазинные винтовки различались разнообразными конструкциями затворов, магазинов, прицельными устройствами, шомполами. Основная часть винтовки оснащалась серединными магазинами, в которые включалось сразу несколько патронов. В 1886 г. конструктор Манлихер создал винтовку с пачечным заряжанием, винтовка системы Маузера оснащалась заряжанием из обоймы. Прицелы магазинных винтовок создавались для поражения цели на расстоянии 2000 м, которые давали неплохие результаты для стрельбы по скученным целям, для одиночных целей результаты были неудовлетворительными.

Полуавтоматические винтовки появились в конце XIX в. и продержались до 40-х гг. XX в., однако в Великобритании находились на вооружении до 1980 г. Самозарядные или полуавтоматические винтовки характеризовались применением энергии, создаваемой предыдущим выстрелом, в качестве перезарядки для последующего выстрела оружия. Для полуавтоматического оружия необходимо было действие стрелка, чтобы создавать воспроизведение стрельбы, для этого стрелок производит опускание и постоянное нажатие на спуск. Полуавтоматическое оружие в настоящее время применяется как церемониальное оружие, например карабин СКС, или в качестве снайперского оружия.

Автоматические винтовки появились в 30-х гг. XX в., сменили полуавтоматические виды оружия.

Достаточно высокая меткость, дальность стрельбы около 1000 шагов. Устойчивость пули обеспечивалась за счет вращений пули во время полета, полученных благодаря нарезам ствола. Недостатки: плохо разработанные детали оружия и большая стоимость производства.

Использовались в Крымской войне 1853—1856 гг., позволяя вести прицельный огонь на дистанцию в 1200 шагов, в отличие от гладкоствольного оружия, способного производить прицельный огонь до 300 шагов.

Винчестер

Оружие, называемое винчестер, ассоциируется с винтовками и карабинами, получившими широкое применение на Диком Западе США. Это стрелковое оружие производилось фирмой Винчестера Оливера Фишера «Нью Хэвен Оружейная Компания», разработка которого основана на скобе Генри.

Винчестер Оливер Фишер (1810—1880). В 1857 г. Винчестер вкладывает деньги в оружейную компанию «Волкэник рипитинг армс», деятельность которой основывалась на создании двух моделей пистолета «Вулканик», являющихся разработками Смита и Вессона.

Затем компания преобразовывается в «Нью Хэвен Оружейную Компанию», спустя десять лет компания вновь реорганизуется в фирму «Самозарядное оружие Винчестера».

Генри для конструкции разработанного им ружья воспользовался запатентованным изобретением Горация Смита и Даниеля Б. Вессона – шарнирным затворным механизмом, включенным затем в конструкции популярных моделей карабинов винчестер 1866, 1873, 1876 гг.

В 1860-е гг. оружейная компания Винчестера нацелена на создание винтовок и карабинов. Самыми популярными из всех моделей этого периода считаются разработки 1873 и 1894 гг., оружие образца 1894 г. было разработано уникальным конструктором оружия Джоном Мозесом Браунингом, который довольно долго и плодотворно сотрудничал с фирмой Винчестера, создавая разные типы и модели оружия. Карабины Винчестер разрабатывались и изготавливались под калибры всевозможного типа, для которых применялись патроны кольцевого и центрального воспламенения, как сравнительно слабые, 32-20 и 32-40 – 7,62-мм, средние 38-40 – 10-мм, так и довольно мощные 45-70 – 11,43 мм.

Оливер Фишер Винчестер был очень богатым человеком, также он являлся политическим деятелем, к которому относились с уважением и почтением, был избран вице-губернатором штата Коннектикут.

Винтовка винчестер 1895 г. (США). Модификации:

  1) армейский образец под патрон 30-40 Krag, поставлен на вооружение армии США в конце XIX – начале XX в.;

  2) русский образец под патрон 7,62 × 54R, оснащалась направляющими для обойм на ствольной коробке, приливом для крепления штыка на переднем ложевом кольце, в комплект включался клинковый штык американского образца;

  3) охотничья винтовка под патрон 30-06;

  4) коммерческий «кавалерийский» карабин калибра 30-06.

Разработана в 1895 г. американским конструктором Дж. Браунингом по заказу фирмы Винчестера, разрешала задачу применения в винтовке мощных длинных винтовочных патронов. Как и в предыдущих образцах, автоматика основывалась на ручном перезаряжании скобой Генри, однако в этой модели подствольный трубчатый магазин был изъят и на его место введен серединный неотъемный коробчатый магазин, обеспечивающий вмещение пяти-шести довольно длинных винтовочных патронов.

Первые М1895 разрабатывались под охотничьи патроны калибров 38-72 и 405 WCF и под штатный патрон 30 US или 30-40 Krag, затем оружие было ориентировано на новый штатный патрон армии США 30-06 Springfeld.

В 1897—1898 гг. на вооружение армии США было закуплено небольшое количество винтовок М1895 под патрон калибра 30-40. В 1915 г. российское правительство сделало заказ фирме Винчестера на изготовление 300 000 винтовок М1895 русского образца в связи с нехваткой винтовок системы Мосина. Достоинством этой модели считалась повышенная скорострельность, относительно винтовки системы Мосина, благодаря перезарядке качающейся скобой Генри, однако недостатком являлись чувствительность М1895 к загрязнению и неудобство перезаряжания ее в положении лежа.

Винтовка оснащена продольно скользящим затвором, движущимся внутри ствольной коробки; его запирание производится клином, создающим движение по вертикали в пазах внутри ствольной коробки, сзади канала магазина. Перемещение перезаряжающей скобы Генри по направлениям вниз и вперед позволяет снизить запирающий клин, далее затвор необходимо отвести назад для извлечения и выбрасывания стреляной гильзы, вместе с тем нужно взвести открыто расположенный курок. Перемещение скобы в направлениях назад и вверх позволяет затвору дослать в ствол из магазина следующий патрон, затем клин поднимается вверх, устанавливаясь в вырез в задней части затвора, производя его запирание. Питание осуществляется неотъемным коробчатым магазином, в котором патроны располагаются однорядно, заряжание патронов и выброс стреляных гильз происходит в результате открытого затвора сквозь верхнее окно ствольной коробки. В винтовках русского образца в качестве более быстрого заряжания винтовки были созданы дополнительные направляющие для обойм, которые крепились к ствольной коробке при помощи винтов.

В конструкции были предусмотрены прицельные устройства, состоящие из регулируемого по дальности целика с U-образной прорезью и мушки. Винтовки армейской модификации оснащались в обязательном порядке антабками для ружейного ремня, для охотничьего варианта они не предусматривались как обязательное оснащение.

Характеристики М1895: калибр – 7,62 × 54R, 30-40 Krag, 30-06, 303 British и другие; длина всего оружия – 1160 мм; длина ствола – 712 мм, охотничья модификация выполнялась со стволами длиной 20—20 дюймов, что соответствует 508—711 мм; масса 4,10 кг; емкость магазина рассчитана на 5 патронов, тип автоматики – ручное перезаряжание скобой Генри.

Фирмой Винчестера для всадников, в том числе и ковбоев, были разработаны карабины, получившие название «седельные», оснащенные кольцом на левой стороне ствольной коробки для закрепления оружия на крюке, расположенном на седле. Винтовка использовалась во время Гражданской войны между Севером и Югом Америки. Винчестер постоянно закупал патенты на новые разработки оружия, на оружие, созданное на основе принципа действия поршня самозарядных винтовок Бенджамина Хотчиксса. Винчестер уделял большое внимание юным талантам, финансируя проекты университетов, общественных и научных организаций. Винтовка образца 1895 г. использовалась в американо-испанской войне в 1897—1898 гг. В Первую мировую войну армией России массово применялась винтовка М1895 русского образца, а затем и в Гражданской войне в России.

Гаубица

Гаубица (от нем. Haubitze, чеш. houfnice – «орудие, применяемое для метания камней») представляет собой артиллерийское орудие, используемое для ведения навесной стрельбы. Изобретение этого орудия относится к XVI в., в российской армии назывались гауфницы либо гафуницы. В гаубице использовались разрывные снаряды, бомбы и гранаты, разработанные специально для этого типа оружия.

В связи с тем, что заряжание осуществлялось с дула, гаубицы изготавливались короткими, примерно соответствующими длине руки, чтобы можно было спокойно вкладывать в орудие разрывной снаряд. Усовершенствования методов заряжания способствовали видоизменению гаубиц, однако ствол гаубицы все равно оставался небольшим, в пределах не более 8—14 калибров. К концу XVIII в. гаубицы перевели на переменный заряд, позволяющий при стрельбе производить довольно крутую траекторию полета снаряда.

В 1897 г. прошла испытания легкая полевая гаубица 101,5-мм калибра, масса орудия 2000 кг, оснащенная передком, для произведения выстрелов использовались шрапнель, включающая до 500 пуль, и граната, обеспечивалась боекомплектом в количестве 58 снарядов. В результате взрыва гранаты в воздухе конус разлета осколков на высоте 2000 м определялся в 200°, поэтому часть осколков приобретала направление полета и в обратную сторону – назад.

Буксируемые и самоходные гаубицы. Представляют собой артиллерийские системы с увеличенной длиной ствола, разрабатываемые в 60-х гг. XX в., основным центром конструирования и производства такого оружия стали США с европейскими союзниками по блоку НАТО. Широкое применение среди разработок имели буксируемые гаубицы 155-мм калибра М114, М198, производства США, и FH-70, являющиеся совместной разработкой конструкторов Великобритании, ФРГ, Италии.

Среди самоходных гаубиц предпочтение отдавалось М109 производства США, MkF3 и GCT производства Франции. Однако часть данного оружия спустя два десятилетия требовала обширного усовершенствования. Стрельба из гаубиц производится обычными, а также активно-реактивными снарядами.

Характеристики данных систем отвечают требованиям НАТО о единой баллистике 155-мм артиллерийских орудий. Длина ствола должна составлять 39 клб; объем зарядной каморы не менее 18 л; дальность стрельбы обычными снарядами достигает 24 км, для активно-реактивных снарядов максимальная дальность определяется в 30 км. Однако 90-е гг. XX в. внесли коррективы в стандарты оружия этих систем, для повышения дальности и глубины поражения противника артиллерийским огнем длина ствола была определена в 52 клб, объем зарядной каморы в 23 л.

В середине 70-х гг. XX в. в некоторых странах, не входящих в НАТО, были разработаны подобные системы с лучшими баллистическими характеристиками, для этих орудий были разработаны стволы от 45 клб и выше, которые способны были производить стрельбу на расстояние в 30—40 км.

История создания буксируемых гаубиц началась в 60-е гг. XX в. в Институте космических исследований в Канаде, которым руководил талантливый конструктор Дж. Булл, получивший финансирование от правительства США и правительства Канады на исследовательский проект верхних слоев атмосферы. Исследования должны были помочь в разработке метательной пушки для вывода спутников небольшого размера на околоземную орбиту. По программе удалось сконструировать три пушки на основе стволов, принадлежащих орудиям калибра 406 мм, доставленных с американских линейных кораблей Второй мировой войны. Созданная наибольшая пушка располагала стволом 50 м длины, с ее помощью удалось отправить снаряд весом в две тонны на высоту в 180 км. В 1967 г. финансирование программы было прекращено в результате активного развития ракетостроения. Дж. Булл организовал фирму «Спейс ричерс корпорейшн», продолжившую разработки ствольной артиллерии. Фирма разрабатывала артиллерийские системы, способные производить повышенную дальность стрельбы, а также боеприпасы для нее. Позже корпорация то закрывалась, то вновь начинала работу, к середине 80-х гг. XX в. она открыла филиалы во многих странах по всему миру. Корпорацией была создана буксируемая 155-мм гаубица, названная GC-45, со стволом длиной 45 клб, наибольшая дальность стрельбы осуществлялась при помощи снарядов ERFB-BB и составляла 39 км. Представленная модель не отвечала всем требованиям для внедрения ее в массовое производство, поэтому эта модель была принята в качестве базовой, на основе которой велись дальнейшие разработки этого вида оружия.

GH N-45 – 155-мм буксируемая гаубица, производилась в 1979—1990 гг. австрийской фирмой «Вест Альпин» и NORICUM. Закупалась Иорданией, Ираком, Ираном, Ливией, Таиландом, Саудовской Аравией. В начале 90-х гг. XX в. лицензия на производство этих гаубиц продана бразильской компании «Энжеса». Является улучшенным вариантом GC-45: усовершенствован нижний станок путем увеличения прочности и уменьшения его массы, в конструкцию введены добавочные опорные плиты, новый досылатель, уравновешивающий механизм, подвергся уменьшению, небольшая реконструкция габаритов. Ствол изготовлен из автофретированной высокопрочной стали с помощью электрошлаковой очистки, его длина составляет 45 клб. Орудие рассчитано на ведение боя любыми снарядами, относящимися к стандартным боеприпасам, принятым в НАТО. Наибольшая дальность стрельбы снарядами ERFB-BB составляет 39,6 км, живучесть ствола определена в 1500 выстрелов на полных зарядах. Возможны срединные отклонения рассеивания в результате максимальной стрельбы в 0,35% по дальности, 0,007% по направлению. Орудие оснащено поршневым затвором с наличием полуавтоматики, поэтому скорострельность исчисляется 6—7 выстрелами в минуту на протяжении четверти часа на всех углах возвышения. В случае произведения стрельбы, рассчитанной на максимальную дальность с использованием наибольшей скорострельности, удается создать примерно десять выстрелов, до того как первый снаряд достигнет заданной цели. Стрельба, составляющая два выстрела в минуту, является нормальным темпом стрельбы. Буксировка возможна благодаря 10-тонному автомобилю с колесной формулой 6 × 6. Передвижение гаубицы определяется в 90 км/ч, что является наибольшей скоростью передвижения по дорогам с асфальтовым покрытием, перемещение по грунтовым дорогам составляет 50 км/ч, движение по песку можно производить со скоростью в 15 км/ч.

Австрийские конструкторы разработали альтернативный вариант передвижения, при котором гаубица оснащается вспомогательной силовой установкой с приводом на колеса и является четырехцилиндровым двигателем «Порше» мощностью 125 л. с., монтируемым в передней части нижнего станка. Силовая установка может также применяться для работы устройств горизонтальной и вертикальной наводки, для опускания опорных плит основного и дополнительного назначения, устройств, применяемых для подачи боеприпасов на зарядный лоток. В конструкции существует специальный пульт, который установлен непосредственно на образце и с помощью которого может осуществляться управление движением гаубицы, также движение может контролироваться из кабины буксировочного автомобиля. В конструкции гаубицы введена ходовая часть от собственной силовой установки гаубицы, которая может использоваться для движения по труднопроходимым участкам местности.

Вспомогательный двигатель способствует сокращению затраченного времени, используемого для перевода орудия из походного положения в боевое, а также при обратном действии, что позволяет осуществлять данное действие двум номерам расчета. Создана возможность для быстрой смены огневых позиций, используя свой ход. Для этого вида гаубиц наибольшая скорость передвижения примерно 35 км/ч, запас хода по топливу 150 км, учитывая передвижение по дорогам с асфальтовым покрытием, и 100 км для движения по пересеченной местности. В боевых условиях показала себя как надежное и практичное орудие.

Гильза

Конструкция гильзы патрона стрелкового оружия идентична конструкции артиллерийского унитарного патрона. Гильзы подразделяются на стальные, латунные, картонные; картонные используются для охотничьих ружей.

Гильза артиллерийская. Определяется как элемент артиллерийского выстрела патронного или раздельного заряжания, применяемый в качестве местонахождения порохового заряда, вспомогательных элементов к нему, например пламегасителя и размеднителя, средств воспламенения, например капсюльная втулка, и для произведения обтюрации газов в момент выстрела. Представляет собой тонкостенный металлический стакан. Для унитарных патронов, чтобы достичь оптимальной скорострельности оружия, характерно объединение гильз в единое целое снаряда, заряда и воспламеняющего средства.

Частично сгорающая гильза – элемент артиллерийского выстрела, заключающийся в металлическом поддоне с ввернутой капсюльной втулкой в дне и горючей части, созданной, например, из пропитанного нитроцеллюлозой картона. Используется для защиты заряда от влаги и механических повреждений, непосредственного размещения артиллерийского заряда с воспламенителем, обтюрации пороховых газов в момент произведения выстрела.

Граната

Граната – разрывной снаряд, масса которого менее 16,38 кг. Гранатами вооружались все армии мира в течение трех веков. Для гладкоствольных орудий использовали гранаты, разрывающиеся для поражения цели на 8—18 осколков, что позволяло поразить минимум четырех человек. Во франко-прусской войне 1870—1871 гг. войска французской артиллерии применяли бронзовые нарезные орудия. Заряжание этих орудий производилось с дула, и выстрелы осуществлялись гранатами с дистанционной трубкой. При стрельбе такими гранатами можно было достигнуть дальности стрельбы в 2800 м.

Прусская артиллерия использовала орудия, оснащенные гранатами с ударной трубкой, дальность стрельбы этих орудий была 3500—4000 м.

До середины XIX в. использовались столбиковые дистанционные трубки, которые полностью не создавали требуемые от артиллерии характеристики стрельбы.

В конце в XIX в. для гранат удалось разработать дистанционные трубки, являющиеся удобными и простыми, а также полностью соответствующие потребностям артиллерии. Затем удалось создать ударную трубку, которая производила разрыв гранаты в результате ее встречи с преградой.

Гранатомет

Гранатомет представляет собой огнестрельное оружие, которое используется для поражения живой силы противника, его военной техники, бронированных целей при помощи гранатометного выстрела.

Гранатомет дымовой. Является дополнительным вооружением танка, применяется для создания дымовых завес на определенном расстоянии от танка, производимых с помощью выстреливания из гранатомета дымового в заданном направлении.

Гранатометы дымовые укрепляются в виде неподвижных блоков на башне танка и имеют электрические цепи стрельбы.

Единорог

Единорог – орудие, обладающее высокими боевыми свойствами, которое производило выстрелы снарядами различных видов – картечью, ядрами, разрывными снарядами. Считался наиболее удачным вариантом всего мирового гладкоствольного оружия артиллерии.

Разработан в лаборатории Российской Главной артиллерии офицерами М. В. Даниловым и М. Г. Мартыновым, представляет собой гаубицу, названную «единорогом» и использующую разрывные снаряды для произведения прицельной стрельбы. Разработка и введение в эксплуатацию в 1756 г. осуществлялись под кураторством графа П. И. Шувалова, единороги также назывались шуваловскими. В 1757 г. лаборатория представила для испытаний пять вариантов этого орудия.

Единороги являлись длинными гаубицами с каноническими каморами, способными производить выстрелы разнообразными видами снарядов. Орудие оснащалось квадрантом и деревянным клином, установленным под казенной частью ствола, при помощи которых осуществлялась вертикальная наводка, усовершенствования в этом направлении привели к разработке металлических вертикальных винтов, устанавливающихся на единороге.

Для создания горизонтальной наводки необходимо было передвигать хобот лафета из стороны в сторону, на стволе орудия были введены мушки, способствующие наведению единорогов на цель.

Характеристики. Калибр – не более 10; дальность стрельбы снарядами всех видов, таких как ядра, бомбы, брандскугеля, картечь, светящиеся снаряды, превосходила в три раза остальные орудия артиллерии.

В российской армии единороги, показав свои прекрасные боевые качества, были приняты на вооружение и служили примерно столетие. Конечно, за столь долгий срок орудие подвергалось доработкам и модернизациям. Использовались единороги во время военных походов Суворова, в Отечественной войне 1812 г. русскими войсками против войск Наполеона. Этот вид орудия также был принят на вооружение Францией, а затем и другими европейскими государствами.

Заряд

Заряд – установленное количество взрывчатых веществ, поставляемых вместе со взрывательным средством.

Виды:

  1) выстрелы патронного заряжения;

  2) заряд к выстрелам раздельного гильзового заряжения;

  3) заряд к выстрелам картузного заряжения.

Подразделяются по конструкции на переменные и постоянные.

Боевой заряд выполняет функцию придания снаряду поставленной начальной скорости в результате определенного давления пороховых газов в канале ствола.

Метательный заряд. Представляет собой установленное количество пороха для произведения выбрасывания пули (снаряда) из канала ствола оружия с определенной скоростью.

Затвор

Затвор – представляет собой устройство в огнестрельном оружии, используемое в качестве распределителя патрона в патронник, для запирания и отпирания канала ствола, создания выстрела и выбрасывания гильзы.

Карабин

Карабин – индивидуальное укороченное стрелковое оружие с нарезным стволом. Главное отличие от подобных длинноствольных орудий заключается в наличии винтовой нарезки внутренней поверхности ствола.

Первые образцы карабинов появились в XIV в. в Западной Европе. Использовалось такое оружие, не отличавшееся еще хорошими боевыми и техническими показателями, преимущественно для оборонительных операций. Из-за большого веса первых моделей и внушительной силы отдачи пользоваться карабином мог не каждый: для обращения с ним требовались определенные физические качества – выносливость, сила, большой рост и хорошая мускулатура. Специально подобранных под эту категорию людей называли карабинерами.

На Руси карабин появился впервые в XVIII в. и назывался винтовальной пищалью, а затем винтовальным ружьем. За рубежом подобный тип оружия долгое время носил название штуцера. Только в 1856 г. карабин официально начал называться винтовкой.

В некоторых странах карабином называются ружья любой длины, оснащенные различными устройствами для более удобного применения в кавалерии. В Польше российские винтовки называют карабинами, а русские карабины – карабинчиками.

Перед Первой мировой войной на базе «нагана» 1895 г. был разработан карабин с длиной ствола 300 мм и неотъемным прикладом и револьвер с длиной ствола 200 мм и съемным прикладом.

Картечница

Картечница (орган) – прототип пулемета, представляет собой ряд заряженных стволов, которые сначала соединялись, закреплялись на бревне, для них создавалась пороховая дорожка, которую просыпали через затравки, во время поджигания происходил одновременный выстрел из всех стволов. Такая конструкция использовалась в Испании XVII в. и получила название «ребодекон».

Затем отдельные стволы, количество которых достигало десяти, стали укреплять на вращающемся граненом вале, и уже эта конструкция получила название картечница либо орган. Скорострельность орудия находилась в прямой зависимости от скорости вращения вала, который вращался вручную при помощи рукоятки.

В 1860—1862 гг. была разработана картечница Гатлинга с ручным приводом, движение происходило благодаря рукоятке, это орудие приняли на вооружение в американской армии. Картечница Гатлинга являлась предшественницей пулемета.

Некоторые конструкторские решения многоствольной системы Гатлинга применялись при разработке пулеметов других конструкторских систем.

В настоящее время основа системы Гатлинга используется для создания вооружения американских вертолетов UH-1, AH-1G, OH-6 и других, являющихся многоствольными системами Minigun M-134,GAU/2.

Характеристики. Картечница Гатлинга имела массу в 250 кг, обладала скорострельностью в 600 выстрелов в минуту.

Скорострельность современных вертолетных систем составляет 4000—6000 выстрелов в минуту, поэтому оружию требуется большое количество патронов, исчисляемое десятками тысяч штук.

Такое оружие работает на электропитании или при автономном питании, для которого требуется несколько автомобильных аккумуляторов.

Картечь

Картечь – один из основных снарядов артиллерии XVI в., получивший очень широкое распространение. Картечь производилась из свинца, в первые годы из рубленого свинца, для усовершенствования аэродинамических свойств картечи куски свинца стали подвергать обкатыванию, далее производство картечи было разработано из 13—23-мм калибра круглых ружейных пуль. Картечные снаряды представляли собой картечь в корпусе, картечь в кругах, картечь вязаную. Применялась для поражения живых целей на расстоянии 150—500 м, дальность поражающей способности зависела от калибра использованного орудия. До XVII в. картечь главным образом являлась снарядом огнестрельного орудия, называвшегося фальконет.

Кольт

Кольт-пистолет – автоматический пистолет (М1911А1), разработанный Браунингом и изготовленный Кольтом, принят 29 марта 1911 г. на вооружение армии США.

Характеристики. Калибр – 45 АСР (= 11,43 мм); масса – 1,25 кг; длина – 218 мм; емкость магазина составляет 7 патронов; воспроизводит 14 выстрелов в минуту; прицельная дальность исчисляется 70 м; масса пули – 15,2 г, ее начальная скорость – 250 м/с.

Военная кампания США на территории Филиппин показала маломощность револьвера 38-мм калибра, поэтому военными было принято решение о снабжении армии оружием калибром от 45 мм, на рассмотрение конструкций такого оружия объявили заказ. В это время оружейный конструктор Джон Браунинг занимался разработкой пистолета 38-мм калибра, который им был переделан под пистолет 45-мм калибра. Конкуренция на военный заказ была очень большая, и Браунинг решил изготовление пистолета доверить компании Кольта, где вместе с Фредом Мором, молодым служащим компании Кольта, усердно работал над изготовлением каждой детали пистолета. 3 марта 1911 г. оружие было представлено к испытаниям, которые прошли удачно.

В 1920-х гг. Colt М1911 был модифицирован, новая модель получила название Colt М1911А1 Goverment Model, эта модель не подвергалась модернизации до конца Второй мировой войны. Позже были созданы модификации, называвшиеся «Commander», «Combat Commander», «Officer's» или «Defender».

Модификация Кольта М1911 серии 90 оснащалась ударно-спусковым механизмом двойного действия, с 1990—1997 гг. из этой серии выпускались пистолеты Colt Double Eagle, при всех положительных моментах этот вариант был слишком тяжел, что и послужило причиной снятия его с производства.

До Первой мировой войны исключительное право производства пистолетов принадлежало фирме Кольта, однако военные действия показали значительную нехватку армейского вооружения, поэтому пистолеты стали производиться на многих известных оружейных заводах, а также на металлообрабатывающих заводах.

Оружие широко использовалось техасскими рейнджерами, известная криминальная пара Америки Бонни и Клайд тоже применяла Кольт. Первая модель М1911 использовалась в войсках кавалерии армии США. Модифицированная М1911А1 уже является основным офицерским оружием. Кольт являлся самым живучим пистолетом армии США, прослужившим на военной службе до середины 80-х гг. XX в., а в некоторых странах это оружие и в наше время состоит на вооружении. В Америке считается самым популярным оружием и в наше время. В России Кольт практически не получил распространения.

Кольта револьвер

Разработка этого револьвера связана с несколькими версиями. Первая утверждает, что, будучи юнгой, сам Сэмюель Кольт (1814—1862), уроженец города Хартворда, работая матросом, наблюдал, как после поворота рулевого колеса одна из его рукояток попадает в муфту и происходит фиксирование штурвала. Он применил аналогичный механизм для своего револьвера. Вторая изобретателем револьвера считает подручного Кольта по имени Джон Пирсон, трудами которого воспользовался Кольт. Третья версия разработку схемы револьвера приписывает англичанину Чарльзу Ширку, соединившему барабанное ружье Э. Х. Колера и разработки французского конструктора Мариетта. Однако что точно можно утверждать, это то, что Сэмюель Кольт являлся неплохим коммерсантом, который 18 декабря 1835 г. запатентовал в Англии первый действующий револьвер, основанный на капсюльном воспламенении, спустя чуть больше года Кольт получает патент на револьвер в США, точнее, 25 февраля 1836 г., а еще спустя полмесяца открывает собственное производство этого оружия.

Мануфактура находилась в г. Паттерсон, в честь его и был назван револьвер, однако очень большая популярность оружия среди жителей Техаса переименовала револьвер в «Техас».

В делах Кольта не все шло гладко, и к 1842 г. его компания обанкротилась, однако он не унывал и вскоре перешел на разработку подводных мин, сумев заполучить заказ на 20 000 долл., что составляло приличные деньги в то время, от Конгресса США. В 1847 г. он вновь получает заказ на револьверы, выпуск которых происходил на заводе Эли Уитнея в г. Уитней-Уил штата Коннектикут.

В 1845—1846 гг. разворачивается война между штатом Техас и Мексикой, что приводит к повышенному спросу на скорострельные револьверы у рейнджеров, поэтому в 1847 г. револьвер усовершенствуется и называется «Армейской моделью 1847 г.», другое название этого оружия «Уокер пистол». В 1848 г. Кольт открывает завод в Хартворде. Модернизацией револьвера также занимается Элиша Рут, общими усилиями разработана «Драгунская модель 1848 г.».

Внедрение в середине XIX в. унитарных патронов, соединяющих гильзой в единое целое заряд, пулю и капсюль-воспламенитель, стало вторым эволюционным шагом после внедрения специального ударного состава для воспламенения заряда в развитии револьвера. Поэтому популярные капсюльные револьверы Кольта усовершенствовались относительно унитарных патронов.

В 70-е гг. XIX в. Хартвордский завод Кольта переведен на производство револьверов с унитарным патроном, 45-мм револьвер образца 1872 г. Этот вид оружия был разработан и изготавливался в следующих модификациях: кавалерийский револьвер «Писмейкер», револьвер «Фронтиер», полицейская модификация и его гражданский вариант.

В России производство револьверов Кольта развернулось в середине XIX в. в Туле, до этого изготавливались револьверы модели 1815 г. оружейными мастерами братьями Гольтяковыми.

6 апреля 1854 г. императору Николаю I был подарен револьвер Кольта производства Тульского оружейного завода, оружие получило одобрение императора. И от Николая I поступил на завод заказ на 400 револьверов, предназначавшихся для солдат гвардейского флотского экипажа, и на 70 экземпляров для офицерского состава стрелкового полка императорской фамилии, каждый револьвер стоимостью в 30 руб. серебром.

В настоящее время в некоторых странах капсюльные револьверы Кольта производятся как копии старых моделей – «реплики».

Револьверы линии «Олд лайн» характеризовались отдельными частями ствола и корпуса; револьверы «Нью лайн» были разработаны так, чтобы при разборке ствол не отделялся от корпуса. Конструкция модели 1871 г. получила название «Клеверлиф», что означало клеверный лист (сечение барабана напоминает лист клевера).

Характеристики. Скорострельность револьвера обеспечивалась вращающимся барабаном с размещенными в каморах несколькими зарядами, длинноствольные револьверы обладали хорошей точностью, даже превосходящей современное служебное и армейское короткоствольное оружие. «Бэби драгун» – 31-мм калибр; пуля-шар 2,9 г, начальная скорость пули – 245 м/с; энергия – 87 Дж. «Нэви» 1851 г. – 36 мм; 5,1 г, шар; 320 м/с; 260 Дж. «Арми» 1861 г. – 44 мм; 9,1 г. шар; 285 м/с; 370 Дж. «Драгун » 1848 г. – 44 мм; 9,1 г. шар; 359 м/с; 589 Дж. «Уокер» 1847 г. с пулей 9,1 г. шар; 392 м/с; 700 Дж. «Уокер» 1847 г. с канонической пулей 12,9 г; 44-мм калибра; 330 м/с; 702 Дж. Современная модель использует экспансивную пулю 5,7 г; калибр 9 × 17; скорость пули 305 м/с; энергия 265 Дж. Современное оружие с экспансивной пулей 12,9 г; калибр 44 Спешл.; скорость пули 247 м/с; энергия 393 Дж. Современное оружие с экспансивной пулей 11,3 г; калибр 41 Магнум; 380 м/с; 821 Дж.

«Драгунская модель 1848 г.» поставлена на вооружение армии США. Большим спросом и популярностью револьвер Кольта пользовался во время Гражданской войны в Америке 1861—1865 гг., где он являлся основным вооружением армий противника с обеих сторон, именно в это время появилась американская поговорка: «Авраам Линкольн дал людям свободу, а полковник Кольт уравнял их шансы». Поистине народная любовь к револьверу была во время золотой лихорадки, также это оружие являлось основным для фермеров, ковбоев, шерифов. В 1873 г. 45-мм револьвер образца 1872 г., характеризующийся центральным воспламенением, поставлен на вооружение армии США, около двух десятилетий эта модель была на вооружении армии. В российской армии XIX в. револьвер являлся главным образом оружием офицерского состава. Для наибольшего спроса и, следовательно, хорошего сбыта своей продукции Кольтом создавались модели практически для каждого сегмента рынка и соответствующих им групп покупателей. Для обеспечения грузоперевозок разрабатывались револьверы уменьшенного размера, называемые «Бэби драгун», длина ствола которых составляла 3 дюйма. Золотоискатели применяли шестизарядную карманную модель 31-мм калибра. На флоте широко использовалась шестизарядная военно-морская модель 1851 г. – «Олд модел нэви пистол».

Кремневое оружие

Кремневое оружие – оружие с кремневым замком. Одним из кремневых замков является замок под названием «снэпхенс». Он был изобретен в конце XVI в. Если нажимали на спуск, происходил удар курка кремнем или пиритом по огниву, отчего полученные в результате искры поджигали порох. Такой замок представляет собой нечто среднее между колесцовым и ударно-кремневым.

Для огнивной полки предназначена крышка, которая не связана с батареей. Огниво крепится на шарнирном механизме, поэтому возможно его отвести немного вперед для исключения неосторожного выстрела при переноске оружия. Если курок спускали, то и полка сдвигалась автоматически. Образцы «снэпхенс» изготавливались в Италии до первой половины XIX в. Другой кремневый замок получил название «микеле». Он отличался прочностью и практичностью. Применялся в течение 250 лет (был изобретен около 1600 г.). Название произошло от правительственной эскортной службы в Испании. «Микеле» называли служащих по имени Микеля де Пратс из окружения Чезаре Борджа (1476—1507). Отличие от «снэпхенса» и других кремневых замков заключалось как в форме, так и в конструкции. В состав «микеле» входило 9 элементов, которые в основном находились на внешней стороне замочной доски. Пружина и шептало размещались на внутренней стороне. Если курок находился на так называемом полувзводе, то его спуска даже при случайном нажатии не происходило. Это было очень важным достижением техники. Чтобы произвести выстрел, было необходимо поставить курок на боевой взвод. В состав огнива входили два колена. Функция первого заключалась в выполнении роли крышки полки, а по второму происходил удар кремнем. Достоинства прямого курка по сравнению с S-образными заключались в его прочности. Замок «микеле» был широко распространен в Западном Средиземноморье, Турции, Балканах, а также получил развитие в Персии. Также немаловажное место в истории оружия занимает изобретение искрового ударного кремневого замка. Достаточно сложно определить время его изготовления, но он, очевидно, был создан Марэн ле Буржуа из Лизье во Франции в первом десятилетии XVIII в.

Данный замок получил широкое распространение по всему миру и устанавливался на стрелковом оружии армий многих стран мира до середины XIX в.

Конструкция его выглядит следующим образом. Шептало в замке находилось на внутренней стороне замочной доски, также имело соединение с диском или лодыжкой, при нажатии на крючок спуска происходил ее поворот. В лодыжке предусматривались прорези, они были предназначены для того, чтобы ставить оружие на предохранительный или боевой взвод. Прорезь, предназначенная для предохранительного взвода, была узкой и глубокой, поэтому при нажатии на курок не происходило выстрела. А прорезь для боевого взвода была более мелкой, за счет чего обеспечивался срыв курка при нажатии. В состав огнива входило два колена. Когда кремень ударял по первому колену, то огниво откидывалось, второе колено, которое выполняло функции крышки, предназначалось для открывания полки, где находился порох. Такая конструкция исключала в своем составе вторую дополнительную крышку.

Кулеврина

Кулеврина – один из вариантов аркебузы, с узким изогнутым прикладом, ствол изготавливался из железа и скреплялся примерно пятью железными кольцами с деревянной ложей, также были отмечены случаи изготовления стволов из меди в форме шестигранника и восьмигранника. Для облегчения ложи в ее конструкции было предусмотрено наличие продольных желобков, расположенных на шейке и прикладе. Для произведения стрельбы из оружия требовалось два воина: один – в качестве наводящего и поддерживающего кулеврину (кулевринер), второй – его помощник должен был помогать заряжать, зажигать заряд и носить оружие, которое помещалось под мышку.

В 1404 г. была создана кулеврина с семью каналами, для каждого из каналов необходимо было произвести заряжание тремя камнями. В войсках герцога Бургундского насчитывалось около 4000 экземпляров этого оружия.

До середины XVI в. кулеврины представляли собой примитивные устройства довольно грубого изготовления, обращение с которыми вызывало большие неудобства, нередко случались задержка и отказы при стрельбе.

Заряжание производилось порохом в виде порошка или, хуже того, практически пыли, что не способствовало удобству заряжания, меткость оружия также оставляла желать лучшего.

Способы воспламенения заряда были не очень надежны. Со временем кулеврину стали снабжать подпоркой, представляющей собой палку, один конец которой был заострен, а второй разветвлялся.

В качестве оружия самозащиты кулевринеры оснащались мечами, затем для облегчения их нош к подпорке было приделано копье пики, чуть позже кинжал на пружине, подпорка называлась «шведское перо», так как это изобретение принадлежало шведским оружейным мастерам.

Облегченную кулеврину обслуживать уже мог только один воин. Примерно в 1480 г. немецкие и испанские оружейники приспособили арбалетную ложу к кулеврине. В России этот вид оружия был назван пищалью.

Также кулевринами или серпантинами назывались некоторые виды пушек, отличительной особенностью которых являлись длинные стволы 30—50 калибров, в немецких войсках они получили прозвище «шланги», а в русских – «змеи».

Характеристики. Калибр от 0,68 дюйма. Масса составляла 10—11,2 кг.

Широко использовались в XV в., в боях во Фландрии, в военных действиях под Аррасом 1414 г., в Лотарингии кулеврины были немного видоизменены: приклад был прямым, полка открытая, шомпол необходимо было носить отдельно от оружия. В 1471 г. в Англии зафиксировано применение кулеврин в битве при Мора: швейцарская армия имела на вооружении примерно 6000 кулеврин. В конце XV в. кулеврины распространились по Европе в качестве оружия военного назначения. Король Карл VII создал отряд конных кулевринеров.

Лафет

Лафет (от нем. Lafette) – элемент, закрепляющий ствол артиллерийского орудия, применяется для того, чтобы придавать стволу заданное положение при помощи выставления горизонтальных и вертикальных углов; передачи на основание установки или на грунт усилий, полученных в результате выстрелов; используется и при перемещении всего орудия.

Максим

Максим – пулемет, сконструированный в 80-х гг. XIX в. инженером-механиком Хайрамом Стивенсом Максимом (1840—1916) как первое технически созданное автоматическое оружие.

Разработанный пулемет был предложен военному ведомству США, который счел орудие бесперспективной механической диковиной, слишком расточительной в связи со значительным расходом патронов. Однако отказ для конструктора не явился ударом, и он решает эмигрировать в Старый Свет, в Великобританию. В Туманном Альбионе пулемет получает одобрительную оценку. Максим открывает в городе Крэйфорд графства Кент компанию «Максим—Норфельд», в 1897 г. компания вместе с оружейной фирмой «Виккерс» объединяются в корпорацию «Виккерс, сыновья и Максим Лтд», позже переименованную в «Виккерс Лимитед». В 1899 г. Максиму дается британское подданство, в 1901 г. присваивается королевой Викторией рыцарское звание. Пулемет Максима получает признание в Австрии, Италии, Швейцарии, в апреле 1887 г. испытания оружия происходят в России, однако среди русских военных экспертов большого восторга оно не произвело, так как автоматика казалась слишком сложной, также отпугнула излишняя быстрота стрельбы, так как многие военные считали, что высокая скорострельность не требуется для того, чтобы расстрелять человека вдогонку, для этого достаточно одного раза. Однако российским правительством был сделан заказ на 12 пулеметов, которые необходимо было создать в калибре русского 10,67-мм ружья Бердана.

В 1889 г. поступил заказ на два образца от Российского морского флота, испытания образцов произвели хорошее впечатление, и с 1897 по 1904 г. на вооружение морского флота было поставлено около 300 пулеметов системы Максима, приспособленных к 7,62-мм калибру русской трехлинейки Мосина.

Пулемет Максима отличался износостойкостью оружия, в ноябре 1899 г. во время испытаний разработанный под британский патрон 303-мм калибра смог произвести 15 000 выстрелов без относительно серьезных задержек.

Исключительно на тульском заводе удалось создать полное сочетание подвижных частей конструкции и деталей замка. Модернизированный пулемет Максим был оснащен колесным станком Соколова образца 1908 г., в таком виде пулемет получил название «Станковый пулемет системы Максима образца 1910 г.». В течение 15 лет, в 1905—1920 гг., на Тульском оружейном заводе удалось произвести 48 931 пулемет Максим, станковых пулеметов Соколова в количестве 33 260 шт., при этом станковые пулеметы изготавливались только на этом заводе.

Практически производство станкового пулемета было монополизировано с 1897 г. английской фирмой «Виккерс, сыновья и Максим». Тульский оружейный завод с 1904 г. выпускал пулемет Максим, производство было налажено под руководством начальника инструментальной мастерской гвардии капитана П. П. Третьякова и старшего мастера сборочной мастерской И. А. Пастухова, являвшегося потомственным тульским оружейником. Обучение русские оружейники прошли непосредственно на фирме «Виккерс, сыновья и Максим». Производство в России удалось наладить в течение девяти месяцев, и 5 декабря 1904 г. собрали первый опытный образец пулемета, к концу 1905 г. производство пулеметов было освоено в полном объеме. Совместно с модернизацией маневренности станка уделяется внимание снижению веса пулемета, разрабатываются новые детали, позволяющие ввести патрон с остроконечной пулей образца 1908 г. В 1910 г. инженер Захаров разрабатывает облегченный вариант пулемета, масса которого составляла 20 кг.

Станковый пулемет образца 1910 г., поставленный на вооружение русской армии, постоянно усовершенствовался, что способствовало уменьшению производственных затрат при его изготовлении и повышению при этом его эксплуатационных показателей.

Последние усовершенствования были произведены в 1941 г., они заключались в установке на него упрощенного прицела, также, аналогично финскому пулемету образца 1932 г., в кожух системы охлаждения введена широкая горловина для возможности в зимнее время наполнять кожух снегом и льдом.

Характеристики. Пулемет Максима образца 1910 г.: калибр – 7,62 мм; масса в боевом положении – 66 кг; масса тела пулемета – 20,3 кг; масса ленты с 250 патронами – 10,3 кг; скорострельность – 250—300 выстрелов в минуту; прицельная дальность – 3000 м; начальная скорость пули – 800 м/с; темп стрельбы – 600 выстрелов в минуту; дальность полета пули – 5000 м.

Был поставлен на вооружение пехотных войск многих стран мира. Использовался во время боевых действий Первой мировой войны, Гражданской войны в России и во время Великой Отечественной войны.

ПВ-1. На основе пехотного пулемета Максим разработан А. В. Надашкевичем в 1928 г. пулемет воздушный ПВ-1, с использованием ленточного питания. Пулемет был создан в облегченном варианте, поэтому его вес составлял примерно 14,5 кг, скорострельность доходила до 780 выстрелов в минуту. Прослужил этот тип пулемета около десятилетия.

Маузер

Маузер – современное оружие, имеющее прекрасно разработанную систему поворотного затвора Пауля Маузера, введенная в конструкцию пехотной винтовки Gewehr 98 и карабинов К98, K98a, К98 k, являющихся основным вооружением солдат вермахта в периоды Первой и Второй мировых войн. Система оружия не имела каких-либо значительных новшеств для магазинных винтовок, Маузер сумел довести конструкцию до совершенного состояния, для этого ему потребовалось примерно тридцать лет.

Братья Пауль (1838—1914) и Вильгельм (1834—1882) Маузеры являлись уроженцами города Оберндорфа, воспитывались в семье оружейного мастера. Пауль Маузер поступил в 1859 г. на военную службу в гарнизоне Людвигсбурга. После увольнения со службы в 1865 г. занимается вместе с Вильгельмом конструированием казнозарядной пушки, также братья модернизируют устройство казенной части игольчатого ружья. В конце 1860-х гг. братья отправляются в Льеж для усовершенствования ружейного затвора, затем они снова переезжают в Оберндорф, где организуют фирму по производству стрелкового оружия.

Виды оружия Маузер. Первый относится к 1871 г., представлял собой однозарядную винтовку с наличием поворотного затвора, с характерным запиранием основания рукоятки затвора за передний край, в конструкции не предусматривался выбрасыватель, поэтому стреляную гильзу необходимо было удалять из ствольной коробки рукой.

Модификация образца 1871 г., магазинная винтовка М71/84, в конструкции предусматривалась с восьмизарядным трубчатым магазином, который устанавливался в цевье под стволом и выбрасывателем, которое создавало автоматическое удаление стреляных гильз.

Модель 88, система Манлихера-Маузера. В этой модели удалось совместить затвор Маузера и паечный магазин системы Фердинанда Ритгера фон Манлихера. Являлась винтовкой с затвором, созданным под первый патрон с бездымным порохом, способный производить значительно большее давление. Винтовка оснащалась съемным магазином, магазинной коробкой со спусковой скобой в сборе и созданным из одной части затвором.

Модель образца 1889 г., называемая бельгийской, снабженная запатентованным магазином, в котором патроны были расположены в шахматном порядке.

Также разрабатывалась в 1896 г. винтовка, оснащенная специальным фланцем в передней части хвостовика затвора, который позволял защитить глаза стрелка от пороховых газов, отходящих назад при пробитии капсюля или разрыва гильзы.

5 апреля 1898 г. на вооружение немецкой армии поставлена винтовка М98.

Известен и пистолет под маркой «Маузер» калибра 7,63 мм.

Характеристики. Калибр моделей варьируется от 6,5 до 7,92 мм; масса используемой пули – 10—11,2 г; масса пороха – 2,35—3,2 г; масса оружия – 3,45—4,1 кг; длина без штыка – 995—1250 мм; длина со штыком – 1230—1500 мм; длина ствола – 490—740 мм; начальная скорость пули – 710—875 м/с; дульная энергия – 2641—3828 Дж; прицельная дальность – 2000 м.

Винтовка М98 стояла на вооружении в Германии, Бельгии, Испании, Турции, Аргентине, Швеции и в других странах. Производилась в Австрии, Франции, Польше и во многих других странах. В настоящее время заводы элитного спортивного и охотничьего оружия, например John Rigby & Co, Holland & Holland, работают на основе системы Маузера – Mauser 98. В конце 1940-х гг. на военных складах Красной Армии оказалось большое количество трофейного оружия М98, поэтому они были перенаправлены для охотничьих целей и исправно работают в этом направлении и в наши дни.

Мина

Мины основного назначения подразделяются на осколочные, осколочнофугасные, фугасные, зажигательные, дымовые, химические. Мины малого калибра – мины, калибр которых не превышает 76 мм, среднего калибра – калибр которых варьируется в пределах 76—152 мм, крупного калибра – с калибром более 152 мм.

Активно-реактивная мина является миной, используемой при стрельбе из миномета, реактивный двигатель которой начинает задействоваться во время полета по установленной траектории.

Миномет

Миномет – артиллерийское орудие с характерным наличием опорной плиты, которая предоставляет возможность производить навесные стрельбы минами.

Миномет представлял собой простое артиллерийское орудие небольшой массы как в эксплуатации, так и относительно его конструктивного решения, являлся гладкоствольным орудием с жестким лафетом, который употреблялся при определенных условиях, небольшой скорости выстреливаемой мины и большом угле возвышения ствола. Огонь из миномета производился из укрытия, из орудия стреляли фугасными и химическими снарядами.

Миномет был создан в связи с необходимостью вести навесный огонь по японским укреплениям, особенно с малых дистанций во время Русско-японской войны 1904—1905 гг. Создателем миномета считается мичман С. Н. Власьев, являвшийся активным участником обороны Порт-Артура. В 1904 г. Власьев использовал 47-мм морское орудие для стрельбы шестовыми минами. Стрельба шестовыми минами по японским укреплениям дала хорошие результаты.

Первый миномет, хотя и несовершенный по конструкции, отлично выдержал испытания.

Изобретение Власьева получило дальнейшее развитие и позже вылилось в форму современного миномета, который занял прочное место в системе артиллерийского вооружения.

Характеристики. На вооружении немецкой армии состояли минометы калибра 170 и 250 мм, дальность стрельбы этих орудий составляла 900 и 420 м соответственно. В российской армии минометы были 20-мм, 47-мм, 89-мм калибров, дальность стрельбы относительно калибра варьировалась от 400 до 1000 м. Во французской армии – 240– и 340-мм калибров, дальность стрельбы достигала 2150 м.

Показал прекрасные результаты при обороне Порт-Артура. В Первой мировой войне в миномете использовались фугасные снаряды, шрапнельные, зажигательные, химические, осветительные и снаряды связи.

Мины морские

Акустическая мина – неконтактная мина, взрыватель которой при помощи гидрофонов преобразует шумы, создаваемые движущимися кораблями (судами), в электрические импульсы, что и приводит мину к взрыву в момент прохождения над ней корабля.

Антенная мина – морская мина, имеющая антенну и взрыватель, вызывающий мину при касании корпуса корабля антенны. Также используется в линиях заграждения против подводных лодок.

Модфа

Модфа – огнестрельное оружие, использовавшееся в арабских странах и стреляющее порохом, бондоком.

Способы изготовления пороха и огнестрельного оружия были отмечены арабским писателем Шемс Эдд Дин Магометом в труде «Сборник сведений по различным отраслям наук», датированном XIII—XIV вв., где и описываются варианты модфы.

Простейший вариант представлял собой короткую деревянную трубку маленького диаметра, которая крепилась к прикладу, для произведения выстрелов использовался порох и бондок, являющиеся так называемыми орехами и шариками.

Второй вариант модфы изготавливался в виде железной трубы с закрытым концом, стрельба из которой велась стрелами и сферическими пулями, для возгорания пороха использовался раскаленный прут, способный сквозь запальное отверстие, находящееся в казенной части орудия, воспламенить порох.

Мортира

Во времена правления в России Петра I А. К. Нартов сконструировал скорострельную батарею на базе 44 мортир. Установлены были все мортиры по окружности плоского двигающегося круга, состояли из групп, в которые включалось пять или шесть мортир, с единым общим пороховым каналом, служащим для ведения залпового огня. Одна из них находится на хранении в Музее артиллерии и инженерных войск г. Санкт-Петербурга. Также были введены винтовые устройства, способные производить регулирование подъема и опускания ствола, получившие название устройства вертикальной наводки. Дальность полета снаряда составляла примерно 500 м.

Мушкет

Мушкет (от фр. mousquet) – ручное огнестрельное оружие XVI в., появление этого вида оружия относится к 1521 г., произошло это в Испании, создано в качестве альтернативной замены аркебузы.

Усовершенствования в обмундировании воинов в латы и кольчуги не позволяло пулями в 6 золотников пробивать новые доспехи, поэтому оружейные мастера задумались над созданием большего калибра ружья, примерно в 8 1/2 линию, а также над увеличением массы пули, доходящей хотя бы до 12 золотников. Мушкеты были очень тяжелые, их вес составлял 18—20 фунтов, поэтому их оснащали подставками с развилиной. Подставка втыкалась в землю, на развилину укладывалась дульная часть мушкета, что способствовало лучшему прицеливанию. У стрелка всегда наготове была кожаная подушка, которая помогала при надевании ее на правое плечо ослабить отдачу оружия, выстрелы производились при помощи фитильных замков. В XVII в. благодаря шведскому королю Густаву-Адольфу ушло время подставок, так как он облегчил мушкет и ввел колесцовый замок.

Фитильные замки, использовавшиеся в ружьях-мушкетах, были созданы в конце XV в. в Европе. Подразделялись фитильные замки на два вида:

  1) азиатский, оснащенный серпентином, т. е. курком с фитилем, который взводился от ствола по направлению к прикладу, получил применение в русских и турецких ружьях;

  2) европейский замок, также называемый немецким, снабженный курком, для взведения которого использовался способ от казны к дулу, т. е. обратный направлению, оснащенный наиболее эффективным спусковым и ударным устройствами.

Полки для фитильных замков создавались с крышкой на шарнире, перед прицеливанием необходимо было произвести их откидывание.

Преимуществом фитильных замков являлось удобное для стрелка обращение с ружьем. Недостатком являлась чувствительность фитиля к сырости. Фитиль перед произведением выстрела зажигался, после выстрела в обязательном порядке тушился, так как нужно было произвести новое заряжение.

На вооружении мушкеты находились до конца XVII в., затем они были заменены пехотными ружьями.

Наган

Наган – шестизарядный 9-мм револьвер.

В 1859 г. братья Наган, Эмиль и Леон, открыли фабрику в городе Льеж «Оружейная фабрика Эмиля и Леона Наган», которая специализировалась на ремонте голландских револьверов, а также конструировании собственных моделей огнестрельного оружия. В 1878 г. Эмилем Наганом был представлен в бельгийское ведомство шестизарядный 9-мм револьвер образца 1878 г., в конструкции которого предусматривался механизм двойного действия.

В 9-мм револьвере образца 1878 г. взвод курка осуществлялся двумя способами:

  1) автоматически при нажатии спускового курка;

  2) вручную.

На базе этого оружия производились две модели револьвера: первая предназначалась для старшего офицерского состава, для них модель оснащалась автоматическим взводом курка; вторая применялась унтер-офицерами, пехотой, кавалерией, вспомогательным составом, эта модель обеспечивалась ручным взводом курка, называлась модель «9-мм револьвер Нагана М1883». Основным недочетом конструктивного решения являлся прорыв пороховых газов между казенным срезом ствола и передним торцом барабана.

В 1892 г. Леон Наган разработал новую модель револьвера, ставшую впоследствии классической моделью револьвера Нагана, автоматика разработана с наличием системы обтюрации пороховых газов, которую, в свою очередь, создал бельгийский конструктор Генри Пипер.

Характеристики. Револьверы калибра 7,62 мм; длина револьвера – 234 мм; длина ствола – 114 мм; 4 нареза канала ствола; масса оружия без патронов – 750 г; масса с наличием патронов – 837 г; усилие на спуске – 1,5 кг; усилие на спуске при стрельбе самовзводами – 6,5 кг; емкость барабана рассчитана на 7 патронов; начальная скорость пули – 270 м/с; прицельная дальность стрельбы – 50 м.

Револьверы этой марки активно использовались во многих армиях мира. Например, для армии государства Люксембург бельгийская модель М1883 была ориентирована под швейцарский 7,5-мм патрон, шведская армия закупала револьверы Нагана модели 1886 г., разработанные под 7,5-мм патрон, и даже в 1897 г. в шведском городе Хускварна было налажено производство револьверов Нагана, на котором в 1898—1905 гг. было изготовлено 13 732 экземпляра револьвера Наган М1887.

Модель револьвера М1893, являющаяся доработанной шведской моделью, была принята на вооружение сербской и норвежской армиями, завод в Льеже произвел по заказу Норвегии 12 500 револьверов. Под американский калибр производились револьверы Нагана, заказанные военно-морским флотом Аргентины. В России в конце XIX в. был объявлен конкурс на поставку скорострельного оружия, Леоном Наганом был представлен револьвер, переделанный под калибр 7,62 мм.

В конкурсе победил револьвер Нагана, за который конструктор потребовал вознаграждение в 75 000 руб., русское правительство отказалось выплачивать такое вознаграждение, и был объявлен повторный конкурс, вознаграждение в котором определялось в 20 000 руб. за конструкцию револьвера, 5000 руб. за конструкцию патрона, с условием что все права на победившую модель и на ее производство навсегда и полностью переходят правительству России. Револьвер Нагана вновь одержал победу и в 1895 г. был принят на вооружение российской армии в двух моделях: офицерский двойного действия и солдатский ручной. Нагану удалось заключить контракт на закупку Россией в течение трех лет 20 000 револьверов, произведенных на заводе Леона Нагана в Льеже, при условии, что бельгийская сторона предоставит инструменты и лекала для организации производства револьвера Нагана в России. Однако в 1897 г. выходит указ о закупке американских и английских станков для Императорского Тульского оружейного завода, благодаря новому оборудованию летом 1901 г. удалось произвести 90 000 револьверов, стоимость которых составляла 22 руб. 60 коп., при закупке на заводе Нагана стоимость револьвера была определена в 30—32 руб. До 1904 г. на Тульском заводе выпустили 180 000 револьверов, на производство одного экземпляра затрачивалось 30 станко-часов. Во время русско-японской войны Тульским заводом произведено 62 917 экземпляров револьвера Нагана. В 1908 г. создана комиссия, по решению которой револьверы Нагана изготавливались исключительно по заказам конкретных воинских частей. Револьверы выпускались в России и в революционные годы, и во время Гражданской войны. В 1918—1920 гг. произведено 175 115 экземпляров револьвера Нагана. В 1920 г. братьями Митиными для револьвера был разработан глушитель, получивший название «Брамит», поэтому это оружие стали применять в разведывательно-диверсионных операциях РККА. В России револьвер Наган использовался как офицерская модель, только в 1930 г. револьвер был заменен пистолетом ТТ 1930 г.

Производство револьвера продолжалось до середины XX в., далее оружие оставалось на вооружение вневедомственной охраны и охраны железных дорог. Общее количество выпущенных револьверов составляло свыше двух миллионов экземпляров.

В Великую Отечественную войну револьвер использовался РККА, Войском польским, 1-м чехословацким корпусом, румынской пехотной дивизией имени Тудора Владимиреску, югославской пехотной бригадой, французским истребительным авиаполком «Нормандия—Неман».

Нарезное оружие

Впервые создано в XVII в. Пищаль, изготовленная в 1615 г. и украшенная Московским государственным гербом, является первым нарезным орудием, которое находится в военно-историческом Музее артиллерии и инженерных войск Санкт-Петербурга. Затем производство нарезного оружия было отодвинуто на несколько веков, до появления бездымного пороха и приемлемого технического развития, при котором было бы целесообразно производить нарезное оружие. Будущий пушечный король Крупп на рубеже XIX и XX вв. очень часто посещал Музей артиллерии и инженерных войск Санкт-Петербурга, изучая образцы оружия и создавая их зарисовки. Творением Круппа является его знаменитый затвор, идею которого он почерпнул у пищали 1615 г.

Нарезное оружие интересовало английских, немецких, итальянских, русских конструкторов, однако к этому виду необходимо было создать новые артиллерийские снаряды. Теоретические обоснования нарезного оружия и применяемых им снарядов продолговатой формы были изложены в трудах русского академика И. Г. Лейтмана в 1728 г., а также англичанина В. Робинсона в 1742 г. Новые снаряды обеспечивались ударными и дистанционными трубками новой конструкции, в середине XIX в. появилась столбиковая дистанционная трубка, к концу столетия были сконструированы абсолютно новые дистанционные и ударные трубки, которыми оснащались продолговатые снаряды, используемые в нарезном оружии. В 1863 г. на вооружение русской армии поставлялись ударные трубки, созданные полковником Михайловским.

Для нарезного оружия отливались бронзовые стволы, орудия заряжались с дульной части, т. е. таким же образом, как и гладкоствольные орудия, для произведения стрельбы обеспечивались снарядами с цинковыми выступами. В канале создавались трапецеидальные нарезы в количестве шести штук, заряжание производилось с казенной части. Крупп разработал первые стальные нарезные оружия, заряжание которых производилось с казенной части.

Разрыв шрапнели в воздухе, на установленном расстоянии от цели, производился при помощи трубок разной длины и неодинакового состава пороха, которые сменились столбиковыми дистанционными трубками, к сожалению, не лишенными недостатков. Поэтому им на смену были разработаны дистанционные трубки, являющиеся простыми и удобными и отвечающие артиллерийским требованиям. Также вводятся ударные трубки, осуществляющие разрыв снаряда в момент его встречи с преградой. Продолговатые снаряды, применяемые Н. О., оснащались дистанционными и ударными трубками.

Для произведения артиллерийского выстрела в нарезном оружии необходимо соединение следующих элементов: снаряд с надлежащим снаряжением; взрыватель или трубка; боевой пороховой заряд; гильза или картуз; средство воспламенения боевого заряда; вспомогательные элементы к боевому заряду.

Характеристики. Калибр – усредненный 75 мм; дальность стрельбы – 3400—4000 м.

Франко-прусская война показала превосходство нарезного оружия, заряжающегося с казенной части, которое было на вооружении прусской армии, над нарезным оружием французской армии, которое представляло собой нарезное оружие с бронзовыми стволами и с дульным способом заряжания. Орудия французской армии стреляли гранатами с дистанционной трубкой, шрапнелью, картечью, поэтому наибольшее поражающее расстояние составляло 2800 м. Немецкие орудия главным образом производили выстрелы гранатами с ударной трубкой, а также оснащались шрапнелью, картечью, зажигательными снарядами; орудия немецкой артиллерии производили поражающее действие на расстояние 3500—4000 м.

Огнестрельное оружие

Огнестрельное оружие представляет собой оружие, производящее выбрасывание пули (снаряда и т. д.) из канала ствола при помощи давления газа, производимого в результате сгорания, либо порохового метательного заряда, либо определенных горючих смесей.

Калибр оружия определяется диаметром канала ствола по его наибольшему поперечному сечению.

Появилось у арабов в XII в. В Европе распространилось в начале XIV в. Первые образцы были довольно тяжелыми и громоздкими. Воспламенение заряда производилось путем поднесения открытого огня к затравочному отверстию. Легкое переносное оружие появилось после изобретения надежных воспламеняющих устройств. Первым таким механизмом был искровой колесцовый замок.

Термин «огнестрельное оружие» применяется к образцам ружей, винтовок, автоматов, пистолетов, револьверов различных вариантов, форм и модификаций. Появление огнестрельного оружия связано с изобретением пороха, который использовался для запусков механизмов поражения (ими первоначально были ракетные заряды, а также артиллерийские ядра). Возникновение носимого огнестрельного оружия относится к XIV в. Самые ранние образцы выглядели как оружие в уменьшенном виде. Их ствол был короткий и тяжелый, с глухим концом, рядом с которым сверлилось запальное отверстие небольшого диаметра. Ствол находился в деревянной ложе, на которой специально делали металлические кольца, предназначенные для крепления. Чтобы добиться воспламенения пороха, было необходимо приблизить тлеющий фитиль к запальному отверстию. Сначала для этих целей использовали прут, который раскалялся на жаровне.

В Западной Европе эти системы получили название бомбарделлы, а на Руси – ручницы.

Первые варианты такого оружия не предусматривали механизма, который бы точно подавал фитиль непосредственно к запальному отверстию. Полки, предназначенные для пороха, позднее видоизменили и прикрепили специальную откидную крышку, которая позволяла избежать неблагоприятного воздействия ветра, дождя, а также снега. Один из образцов такого оружия, изобретение которого относится к XIV в., хранится в музее г. Нюрнберга, в Германии.

Огнестрельное оружие подразделяется на артиллерийское (гаубицы, пушки), стрелковое (пистолеты, автоматы, винтовки, пулеметы), гранатометы и минометы.

Орудие артиллерийское

Орудие артиллерийское – вид огнестрельного оружия, к которому относятся все виды стрелково-пулеметного оружия, используется для поражения живой силы, техники и сооружений. Совокупность всех видов огнестрельного оружия содержит: винтовки, карабины, пистолеты, револьверы, автоматы, ручные и станковые пулеметы, минометы, пушки, гаубицы, мортиры, реактивные артиллерийские установки, самоходные артиллерийские установки, боеприпасы всех видов – патроны, снаряды, мины. По способу сообщения снаряду начальной скорости подразделяются на ствольные и реактивные, по устройству канала ствола различают нарезные и гладкоствольные. Также различаются универсальные артиллерийские установки, способные вести огонь по воздушным, морским и наземным целям. Калибр корабельных современных установок 20—130 мм. К универсальным артиллерийским орудиям калибра, не превышающего 76 мм, часто относят малокалиберные зенитные артиллерийские установки, которые служат для поражения низколетящих целей. В настоящее время универсальные артиллерийские орудия в основном автоматические, подразделяются на одноствольные, двуствольные и многоствольные, а также башенные, палубно-башенные, палубные.

Древние артиллерийские орудия. В глубокой древности появились метательные машины, которые являлись предками современных артиллерийских орудий. В XIV в., с появлением пороха и применением его в качестве метательного средства, начинается эпоха огнестрельного оружия, вытеснившего метательные машины.

Первые огнестрельные орудия на Руси появились в 1389 г., они были примитивны по своему устройству, представляли собой железные трубы, которые укреплялись на деревянных станках. Куски железа и камня служили снарядами для такого оружия.

В XV в. оружейные мастера разработали и перешли на оружейное литье, поэтому орудия стали отливать вместе с цапфами из меди и бронзы. По сравнению с предыдущими артиллерийские орудия, литые из металлов, были более легкими и совершенными, стреляли свинцовыми и чугунными ядрами. В России в XV в. организовалось отечественное производство орудий в большом масштабе, в Москве в 1479 г. построили Пушечный двор, где отливались орудия всевозможных калибров. Известен русский мастер оружейного дела Андрей Чохов, который отлил множество орудий, среди них самым известным является Царь-пушка, созданная в 1586 г., это уникальное орудие находится в настоящее время в Кремле. Царь-пушка 89-см калибра, длина орудия 5 м, вес – 39 т. Эта пушка очень велика и тяжела, поэтому не участвовала в боях, однако являет собой пример высокого уровня мастеров, создавших ее, аналогов такому орудию нет во всем мире.

Первое в мире нарезное оружие, называемое пищалью, было изготовлено в начале XVII в. в России. В 1756 г. П. И. Шуваловым было введено в российской армии новое орудие, называемое единорогом, способное стрелять разнообразными типами снарядов.

Войны XIX в. показали недостатки боевых свойств гладкостенных артиллерийский орудий, дальность которых не превышала 1,5—2 тыс. м, заряжание осуществлялось медленно, меткость стрельбы также оставляла желать лучшего. Дальнейшие разработки привели к созданию нарезных ружей, называемых штуцерами. Сильнейший толчок в развитии артиллерийского орудия произошел в 60-х гг. XIX в., в связи с появлением нарезов в канале ствола орудия, что привело к увеличению дальности стрельбы до 3,5—4 тыс. м, также увеличилась кучность боя и меткость попадания в цель. Еще одним плюсом стала разработка заряжания артиллерийского орудия с казенной части, вместо прежнего заряжания, осуществлявшегося с дула, что облегчило обслуживание орудий в бою и повысило скорострельность. Наиболее качественные боевые способности нарезных орудий были доказаны во время военных действий австро-прусской войны 1866 г., франко-прусской войны 1870—1871 гг., русско-турецкой войны 1877—1878 гг. Последняя четверть XIX в. ознаменована появлением скорострельного оружия, которое удалось разработать и воплотить благодаря изобретению бездымного пороха. При произведении выстрела с использованием дымного пороха происходило окутывание дымным облаком орудия, что не способствовало быстрой наводке на цель. Бездымный порох устранил этот недостаток, повысив скорострельность орудия. Русский изобретатель-конструктор В. С. Барановский сконструировал первое в мире скорострельное орудие, в 1872—1877 гг. разработал ряд образцов 2,5-дюймовых скорострельных пушек для конной горной артиллерии и для вооруженных катеров.

В скорострельных орудиях Барановского получил применение поршневой затвор с самовзводящимся пружинным ударником, специальный предохранитель для предотвращения преждевременного выстрела в случае не вполне закрытого затвора. Также этим конструктором были введены подъемный и поворотный механизмы орудия, разработана конструкция унитарного патрона. Им был применен безоткатный лафет, созданный на основе использования гидравлического тормоза отката и пружинного накатника.

Боеприпасы. Элементы артиллерийских боеприпасов: снаряд с взрывателем; пороховой заряд; средство воспламенения заряда.

Практически до XVI в., чтобы произвести выстрел из орудия, нужно было отмерить определенное количество пороха, которое набиралось из пороховой бочки при помощи медного совка, прикрепляющегося к деревянному древку, затем это аккуратно засыпалось в канал ствола. Канал закрывался пыжом, и помещенный порох нужно было как следует утрамбовать. Далее закладывался снаряд, который досыпался пробойником. Следующим действием являлось засыпание пороха в затравочное отверстие, где он воспламенялся при помощи фитиля либо палительной свечи, в результате всех этих действий и производился выстрел. Задачу скорострельности пытались разрешить при помощи помещения боевого заряда в картуз, который изготавливался из пергамента, бумаги, ткани.

Типы снарядов, применяемые в артиллерийском орудии:

  1) сплошные снаряды – к ним относятся каменные, чугунные, железные ядра и картечь;

  2) разрывные снаряды;

  3) зажигательные снаряды, например каменные ядра, облепленные горючим составом.

Артиллерийские выстрелы:

  1) унитарные – выстрелы, заряженные в один прием;

  2) раздельно-гильзовые – выстрелы, при которых снаряд не соединен с гильзой;

  3) картузные – представляют собой выстрелы, при которых снаряд, заряд находятся в картузе, а средства воспламенения подаются отдельно.

Парабеллум

Парабеллум – пистолет, созданный конструктором Георгом Люггером, во времена Первой и Второй мировых войн являлся символом немецкого оружия, а также представлял собой одну из наиболее удачных моделей стрелкового оружия своего класса, обладающего простотой и надежностью в эксплуатации, прекрасными боевыми характеристиками.

9 сентября 1893 г. немецкий инженер Хуго Берхардт получает патент на самозарядный пистолет К-93, или «Конструкцию 1893 г.», с магазином, установленным в рукоятке, автоматика которого разрабатывалась на основе применения пороховых газов и использовала отдачу при коротком ходе ствола. Запирание канала ствола происходило при помощи механизма с шарнирно-складывающимися рычагами затвора, состоящего из системы коленчатых рычагов, которые создавали запирание в положении мертвой точки. Подвижные рычаги меняли свое положение в тот момент, когда подвижные части перемещались назад в результате выстрела. Затвор отодвигался назад, происходило выбрасывание стреляной гильзы, затем затвор передвигался вперед под действием возвратной пружины, в это время из магазина досылался следующий патрон. При достижении крайнего переднего положения ствола и остальных подвижных частей происходило водружение запирающих рычагов в мертвую точку. Работал этот пистолет на специально созданном патроне 7,65-мм калибра с наличием гильзы бутылочной формы. Фирма DWM производила К-93, пистолеты изготавливались в небольшом количестве, продавались в Германии, а также в США. В 1897 г. Георг Люггер, инженер фирмы DWM, занимающийся продажами в США, внес в конструкцию К-93 изменения, создав три варианта модели. «Люггер» – так оружие называлось в США, а в Европе «Парабеллум».

Модель Люггера была создана из:

1) узлов и механизмов ствола со ствольной коробкой;

  2) затвора, с разработанными шатуном и кривошипом, которые образовывали механизм запирания;

  3) рамок ударного и спускового механизмов, магазина;

  4) предохранительных устройств и прицельных приспособлений.

В конструкции Люггера рычаги во время складывания упирались в корпус рамы пистолета, пружина устанавливалась в рукоятке, благодаря чему удалось снизить вес оружия и его размер без нанесения ущерба баллистическим и эксплуатационным характеристикам. Ударный механизм пистолета относился к ударниковому типу, оснащался боевой пружиной сжатия и устанавливался в затворе. Спусковой механизм обладал разобщителем, производя исключительно одиночные выстрелы. Прицельные способности обусловливали прицел постоянного открытого типа, позволяющий производить выстрелы на дальность до 50 м, в конструкцию включался автоматический рычажный предохранитель, который находился на тыльной стороне рукоятки, что было удобно при эксплуатации, так как позволяло в случае обхвата рукоятки рукой привести пистолет сразу в боевое положение. На левой стороне оружия установлен неавтоматический флажковый предохранитель, выполняющий функцию запирания ствола, и шептало спускового механизма. Центр тяжести оружия был сдвинут назад в результате перемещения наклона рукоятки на 120°, что помогло лучшему балансу оружия. Пистолет Люггера в конечном счете был очень прост в техническом плане и в эксплуатации.

Патрон для этого оружия также был модифицирован в калибр 7,65 мм с наличием гильзы бутылочной формы, в которую закладывался более мощный бездымный порох. Оснащался магазином, рассчитанным на 8 патронов. В 1898 г. Люггером создан военный образец, который спустя год закупается армией Швейцарии, затем его заказывают правительства Болгарии, США, Германии. В Германии в 1902 г. был объявлен конкурс на закупку военного самозарядного пистолета, в котором пистолет Люггера одержал победу. В 1903 г. было принято решение об увеличении мощности патрона к этому оружию, поэтому оружие было переделано под 9 × 19-мм пистолетный патрон, для этого расширили дульце гильзы до 9 мм, и гильза приобрела цилиндрическую форму. В рекламных целях оружию присваивается громкое и многообещающее название «Парабеллум», которое присутствует в известной латинской пословице «Хочешь мира – готовься к войне» («Si vis pacem, para bellum»).

Морская модель. 12 декабря 1904 г. парабеллум был принят на вооружение ВМС Германии, в императорский военно-морской флот он поступил под названием «9 × 19-мм пистолет Берхардт-Люггер морская модель». Эта модель оснащалась удлиненным стволом в 150 мм, нарезы были сокращены с шести до четырех, место пружинного выбрасывателя занял новый выбрасыватель с вертикальным зубом, который не только предполагал удаление стреляной гильзы, но и указывал присутствие патрона в патроннике. Боковая поверхность характеризовалась наличием стрелки и надписи «geladen», что означало «заряжено», и видневшейся в случае заряжания пистолета, также на ощупь можно было определить заряжание оружия благодаря выступающему выбрасывателю, что представляло удобство в темное время суток. Если пистолет находился на предохранителе, то над флажком появлялась надпись «безопасно» – «gesichert». Автоматический предохранитель в этой конструкции не был предусмотрен. Новшеством модели стал перекидной целик, рассчитанный на 100 и 200 м, также пистолет оснащался пазом, закрепляющим деревянную кобуру-приклад и расположенным на тыльной стороне пистолетной рукоятки. В 1906 г. эта модель вновь была усовершенствована, пластинчатая возвратная пружина была снята, и на ее место пришла винтовая возвратная пружина, работа которой основана на принципе сжатия, считавшаяся более надежной. Предохранитель был смещен ниже и производил запирание непосредственно шептала. Длина ствола 100 мм. Эта модель впоследствии стала называться «классической моделью Люггера».

Парабеллум Р.08. 22 августа 1908 г. пистолет системы Берхардта—Люггера «Парабеллум Р.08» поставлен на вооружение кайзеровской армии как служебный образец короткоствольного оружия для самообороны. Длина ствола 100 мм.

Задержки при стрельбе случались исключительно в результате неправильного обращения с оружием, вследствие чего происходило его загрязнение, ржавление в случае применения некачественных патронов; обладал хорошей меткостью боя, дальность выстрела определялась в 100—125 м, эффективная дальность – 50 м.

«Длинный Р.08». 3 июля 1913 г. поставлен на вооружение воинских частей Пруссии, Вюртембурга, Саксонии. Парабеллум с удлиненным стволом до 200 м предназначался для вооружения расчетов орудий полевой артиллерии и унтер-офицеров пулеметных команд. Оснащался секторным прицелом до 800 м, с наличием приставной деревянной кобуры-приклада.

Во время Первой мировой войны оружие вновь было доработано, создано шептало, позволяющее взводить ударник и при включенном предохранителе, также введена защелка, способная удерживать затвор в открытом положении, возвращаются к фрезерованным пазам на тыльной стороне пистолетной рукоятки, закрепляющим деревянную кобуру-приклад, обеспечивающим повышенную меткость.

Р.17, переделанный Р.08, оснащавшийся барабанным магазином «улиточного» типа ТМ.08, разработанного конструктором Фридрихом Блюмом, емкостью в 32 патрона, который позволял после присоединения деревянной кобуры-приклада вести эффективный огонь на дистанцию до 300 м.

На базе Р.08 в 1930-е гг. фирмой «Mauser-Werke» был разработан пистолет с глушителем расширительного типа.

Также разработан пистолет Р.08 с затворной задержкой, которая не позволяла производить затвору перемещение вперед в момент вынимания магазина, что помогло предотвратить непроизвольное возгорание патрона в патроннике в момент извлечения магазина, а также в случае разборки и сборки пистолета.

Конструкторское бюро компании Erma создало специальные комплекты, на которых производилась учебно-тренировочная стрельба оружием парабеллум, для них применялись патроны кольцевого воспламенения калибра 5,6 мм. Комплекты производились в двух вариантах: большой и малый. В большой комплект были включены вкладной стволик-лайнер, рычажный затвор, ориентированный на отдачу малокалиберного патрона, магазин, полный набор, предназначенный для чистки пистолета. Малый комплект представлял собой практически полную идентификацию большого комплекта, за исключением набора для чистки оружия.

Парабеллум смог просуществовать как боеспособное оружие целое столетие, и в настоящее время в некоторых странах оно встречается на вооружении специальных военных подразделений. Пистолеты морской модели парабеллум получили очень широкое применение, такие модели были проданы, помимо основных заказчиков, в США, Германию, Бразилию, Болгарию, Россию. Модель Р.17 использовалась пехотинцами штурмовых групп. Небольшая часть 7,65-мм парабеллума образца 1904 г. усовершенствовалась для агентурной разведки, оружие снабжалось прибором бесшумно-беспламенной стрельбы. Р.08 с глушителем расширительного типа предназначался для органов тайной полиции Веймарской республики, использовался преемником этого ведомства, созданного нацистской партией НСДАП – РСХА, этой моделью вооружались подразделения гестапо, СД, Абвер, т. е. военная разведка. Модель Р.08 с затворной задержкой использовалась на вооружении полиции. До конца 1930-х гг. Р.08, а это почти 31 год, парабеллум являлся основным оружием штатного вооружения офицеров и унтер-офицеров армии Германии. Во Второй мировой войне применение парабеллума определяется как оружие вооружения ограниченного стандарта рядовых и унтер-офицеров, служащих в технических родах войск, полиции и войсках СС.

Производство этой модели достигало обычно 100 экземпляров в неделю. Модель Р.08 производилась фирмой DWM массово, в неделю изготавливалось до 1500 экземпляров. Часть заказа с 1911 г. была размещена в государственном арсенале в городе Эрфурт. К 1914 г. германская армия была вооружена парабеллумами в количестве 250 000 пистолетов модели Р.08. В связи с тем, что правительством Германии была поставлена задача увеличения вооружения армии пистолетами этой марки, для производства деталей пистолета был также задействован государственный арсенал города Шпандау. К концу Первой мировой войны Р.08 производилось в количестве 6000 пистолетов в неделю. За десять лет, с 1908 по 1918 г., было изготовлено свыше 1,8 млн экземпляров. После окончания Первой мировой войны на Германию был наложен запрет производства короткоствольного оружия калибра свыше 8 мм и длиной ствола более 100 мм. Поэтому производство парабеллумов практически угасло. Изготовление парабеллумов было доверено «Simson und Co», стволы пистолетов составляли 98 мм, в 1920—1930-х гг. этой компанией произведено 25 000 пистолетов. Фирма DWM после войны наладила малосерийный выпуск Р.08 для коммерческих целей, пистолеты продавались в Финляндию, Нидерланды. В 1920—1930-х гг. общий объем произведенных пистолетов Р.08 составлял около 98 тыс. экземпляров. Также с 1925 г. оружейная компания «Heinrich Krieghoff» занималась выпуском парабеллумов, получив на их производство лицензию, за пять лет фирма смогла изготовить на коммерческую продажу примерно 1000 экземпляров Р.08. В 1930 г. право на производство Р.08, оборудование, оснастка, техническая документация на его изготовление были переданы оружейной компании «Mauser-Werke», считавшейся постоянным конкурентом фирмы DWM. Компания «Mauser-Werke» производила парабеллумы, которые главным образом шли на экспорт, парабеллумы довольно много продавались в Швецию, Нидерланды, Португалию, Латвию, Иран, только малая часть предназначалась для вооружения армии и полиции Германии. Смена власти, произошедшая в Германии в 1930-х гг., привела к перевооружению страны, условия Версальского договора относительно Германии были забыты. Возрождается массовое производство Р.08 для вооружения вермахта, длина ствола – 98 мм, пистолет с наличием пазов на рукоятке, закрепляющих приставную кобуру-приклад. Фирма «Mauser-Werke» на Р.08 ввела свои клейма, на пистолеты, произведенные с 1934 по 1941 г., наносилась маркировка «S/42», с 1942 г. маркировка стала «byf».

Производство парабеллумов было достаточно трудоемким, для изготовления одного пистолета было необходимо задействовать 12,5 человеко-часа, 6,1 кг металла, учитывая, что в готовом виде вес пистолет составлял 0,87 кг, от начала до конца изготовления требовалось произвести 778 отдельных операций и 642 операции на станочном оборудовании и еще 136 операций вручную. Себестоимость одного Р.08 в 1939 г. равнялась 11,5 маркам, стоимость магазина определялась в 31,5 марки, себестоимость комплектного пистолета с двумя магазинами составляла 17,8 марки, цена пистолета для государства была 32 марки, поэтому фирма «Mauser-Werke» получала очень большую прибыль от продажи оружия. Это обстоятельство сыграло важную роль при принятии решения о прекращении государственных закупок пистолетов Р.08.

Патрон

Патрон (пороховой заряд) – соединение с помощью гильзы в единое целое пули (снаряда), порохового (боевого) заряда, капсюля или капсюльной втулки.

Назначением патрона является стрельба из стрелкового оружия и некоторых артиллерийских орудий.

Свою военную историю патрон начал в XVII в., для первых патронов характерно наличие бумажной гильзы, в которую был помещен пороховой заряд и пуля. В 60-х гг. XIX в. были выпущены бумажные унитарные патроны, которые содержали в гильзе пороховой заряд, пулю и капсюль.

На смену бумажным пришли металлические унитарные патроны, что в свою очередь явилось определенным прорывом в стрелковом оружии, так как позволило выработать более ускоренные методы по заряжанию и перезаряжанию оружия, прямым следствием стало значительное повышение скорострельности оружия.

Подразделяются относительно видов оружия на: пистолетные, винтовочные, орудийные, а также для охотничьих ружей. Различают патроны: боевые, вспомогательные (холостые), учебные.

Унитарный патрон. Представляет собой артиллерийский выстрел, в котором снаряд, пороховой заряд и средство для воспламенения объединены в одно целое при помощи гильзы. Внедрение унитарных патронов относится к середине XIX в., но первые варианты унитарных патронов были представлены в 1827 г. немецким конструктором Дрейзе, однако патрон в это время не получил должного внимания. В 1853 г. французский конструктор Казимир Лефоше разработал шпилечный патрон с металлической гильзой. Этот тип патрона был устроен таким образом, что конец шпильки, установленной перед ударным составом капсюля, выступал наружу сквозь отверстие в боковой стенке гильзы. Удар курка в моменты поворота барабана передавался капсюлю.

Шпилечные патроны заменили унитарные патроны кругового воспламенения, а затем произошла смена на патроны центрального воспламенения.

Патрон 7,62 × 54Р мм (патрон Мосина) введен на вооружение в российскую армию в 1891 г. Для первых патронов этой серии характерно наличие пули с округлой головкой. После доработки 1908 г. был оснащен тяжелой пулей, способной производить выстрелы на дальние расстояния, достигающие 4000—5000 м. Для увеличения характеристик стрельбы также производятся снайперские патроны.

Патрон 7,62 X 25 мм (ТТ) является патроном, который применяется к пистолету ТТ, пистолетам-пулеметам ППД, ППШ, сконструирован на основе патрона Маузер 7,63-мм калибра. Самые первые патроны этого типа точно соответствовали 7,63-мм патрону Маузера.

Усовершенствование патрона было произведено в 1930 г., модернизация заключалась в введении в конструкцию капсюля большого размера, который унифицировался с капсюлем револьвера, также для повышения качественных характеристик на гильзе внедрена увеличенная в ширину выточка. Изменения коснулись наружной части пули, был увеличен радиус оживала, что увеличило длину головной части, способствуя повышению ее эффективных характеристик.

Патрон 9 X 19 мм «Парабеллум» создан Георгом Люггером в 1902 г. для пистолета «Парабеллум», с целью увеличения мощности этого оружия. Поставлен на вооружение германской армии в 1904 г. Представлял собой совокупность гильзы от патрона калибра 7,65 мм с пулей 9-мм патрона; изначально пуля создавалась конической конфигурации с наличием плоской головной части в форме усеченного конуса. В 1915 г. пуля подверглась доработке, и головная часть приобрела овальную форму.

Оболочка пули – стальная, лакированная мельхиором, пуля оснащалась свинцовым сердечником, в 1917 г. оболочка была подвергнута лакировке томпаком. Гильзы изготавливаются как латунными, так и стальными, покрытыми медью. Патрон отличается приличными баллистическими характеристиками, что позволило ему считаться хорошим стандартным боеприпасом, который получил применение после Второй мировой войны в пистолетах и пистолетах-пулеметах армий многих стран мира. Производство этого патрона налажено во всех странах, занимающихся изготовлением боеприпасов.

Характеристики. Длина патрона – 29,7 мм; длина гильзы – 19,15 мм; вес пули – 5,8—10,2 г, вес стандартной пули – 8 г, высокоскоростной – 2,9 г; вес патрона – 7,2—12,5 г; вес заряда – 0,36 г.

Петарда

Петарда (французский вариант petard, от peter – «разрываться») представляет собой заряд спрессованного дымного пороха, который складируется в металлическую или картонную оболочку. Способы применения петард: в капсюльных втулках в качестве передающего огня от капсюля-воспламенителя пороховому заряду, который расположен в артиллерийской гильзе; в дистанционных трубках для воспроизведения действия передачи огня от замедлительного состава капсюлю-детонатору; для создания звуковых эффектов при фейерверке.

Пистолет

Пистолет (от фр. pistolet, нем. Pistole, чеш. pistala – «дудка», а также «ручное огнестрельное оружие») является индивидуальным огнестрельным оружием.

Виды: автоматические, а также сигнальные (неавтоматические) пистолеты и спортивные автоматические пистолеты.

В Европе и Азии в XVI в. отмечено появление фитильных пистолетов. Основоположниками пистолета были укороченные ружья, которые получили большое применение в кавалерии.

Ручное огнестрельное оружие появилось намного позже стационарного огнестрельного оружия (пушка), в связи с тем, что развитие патрона требовало смены фитильных замков на искровые. В середине XVI в. отмечается появление небольших ружей, стрельба из которых производилась при помощи одной руки. Первым разработчиком патрона считается итальянский оружейный мастер Камилл Ветелли, уроженец города Пистойя.

В течение двух веков происходили небольшие усовершенствования пистолета, они касались понижения размера калибра, увеличения длины ствола, искровые замки заменили на ударно-кремневые. Внешне пистолет стал более изящным.

Очень тяжело давалась разработка меткости оружия, удалось достичь сносной убойной силы пули и приемлемого размера самого патрона, скорострельность как характеристика не принималась во внимание ввиду недостижимости. В начале XIX в. был разработан револьвер, благодаря изобретению ударно-капсюльного замка и ударного состава воспламенения заряда Форсайта. Только к концу этого столетия началось возрождение патрона.

Неавтоматические пистолеты разрабатывались под унитарный патрон, также были попытки изготовления многоствольных пистолетов: «Гармоника» – патрон с 10-ствольным блоком, передвигающимся в горизонтальной плоскости; «Реформ» – пистолет с 4-ствольным блоком, перемещающимся в вертикальной плоскости. В 1872 г. в Европе конструктор Плеснер и в 1874 г. в Америке разработчики Уиллер и Люс (Люц) получили патенты на автоматические пистолеты, работающие с использованием дымного пороха, который в свою очередь практически уничтожал устройство пистолета.

Изобретение бездымного пороха и революционные подвижки металлургической промышленности позволили перейти к продвижению в разработках конструктивных решений пистолетов. Использование бездымного пороха увеличивает в три раза скорострельность оружия, по сравнению с применением дымного пороха.

Огрехи конструкции пистолета случались из-за довольно долгого засилья популярных револьверов. Поэтому многие конструкторы идентифицировали схемы этих двух вариантов огнестрельного оружия. Некоторые мастера пытались магазин установить на место барабана, при этом рукоятка оставалась пустой, в рукоятку магазин был определен только в 1897 г. в револьвере Браунинга, и с тех пор это конструкторское решение было срисовано и для пистолета.

В пистолетном магазине движение патронов происходит в порядке очереди, во время перемещения затвора. Движение затвора осуществляется благодаря энергии, полученной от пороховых газов при произведении выстрела. Перезаряжание происходит автоматически и занимает небольшое количество времени, поэтому задача стрелка заключается в прицеливании и нажимании на спусковой крючок, разряжание также осуществляется автоматически и представляет собой выбрасывание стреляной гильзы после очередного выстрела. Автоматика способствует немаловажному повышению скорострельности пистолета.

Пистолетные особенности позволили сконструировать очень компактные модели, карманные и жилетные пистолеты удобной формы, обладающие приличной мощностью.

В настоящее время конструкторская мысль пистолетного изготовления не останавливается, но инновационных подвижек в этой области не наблюдается. Многие эксперты оружия предполагают, что возможный скачок в конструктивных решениях пистолета будет связан с разработками новых взрывчатых, горючих, химических веществ.

XVII в. ознаменовался распространением практически во всех войсках пистолетов с кремневыми замками, а XIX в. сменил кремневые замки на капсюльные. Чтобы добиться скорострельности, пистолеты изготавливались с двумя и более стволами. До середины XIX в. основная часть пистолета была гладкоствольными и заряжалась с дула. Переломный момент произошел в 50-х гг. XIX в., разрабатывается и внедряется наиболее совершенное оружие – нарезные револьверы. В 1880-х гг. был изобретен бездымный порох, что позволило перейти к применению унитарного патрона с металлической гильзой. Сконструированы автоматические пистолеты, которые благодаря автоматическому перезаряжанию, взведению ударно-спускового механизма при каждом выстреле, быстро сменяемому магазину обладали большей скорострельностью, чем револьверы, которые постепенно были вытеснены из вооружения войск. Автоматика пистолета основана на использовании отдачи затвора или отдачи ствола с коротким ходом. Не менее важна безопасность при обращении с оружием, поэтому пистолеты снабжены предохранительными механизмами.

Пистолеты автоматические

Пистолеты автоматические являются автоматическим оружием, используемым для поражения живых целей на расстоянии до 50 м. Автоматическое устройство пистолетов предполагает обеспечение надежной работы автоматики, возможность постоянного эксплуатирования, безопасность в обращении. В автоматических пистолетах предусмотрена способность произведения стрельбы навскидку, для выполнения такой задачи создается особая конструкция рукоятки и предохранительных механизмов.

Применяется пистолет как огнестрельное оружие, поражающее живую силу противника на расстоянии, не превышающем 50—70 м, этот вид оружия позволяет производить стрельбу одной рукой. Таким видом оружия в основном вооружаются офицеры, сержанты и солдаты отдельных специальностей. Сигнальные пистолеты используются для стрельбы сигналами и осветительными патронами. В настоящее время пистолеты применяются в качестве портативного оружия, способного на произведение огня высокой гибкости.

Пистолет-пулемет

Пистолет-пулемет – индивидуальное огнестрельное автоматическое оружие, разработанное под использование пистолетного патрона.

Во время Первой мировой войны удалось оценить боевую мощность созданных в ту пору пулеметов, показавших преимущественные характеристики для массовых перестрелок по сравнению с дальнобойными винтовками. Был поставлен вопрос о совмещении мощности пулемета с пистолетными патронами. Поэтому пистолеты-пулеметы – портативное автоматическое оружие, стреляющее пистолетными патронами, производя непрерывный пулеметный огонь.

Является автоматическим оружием, применяемым с целью поражения живых целей на расстоянии до 300 м, главным образом используется в качестве самострельного оружия с применением пистолетных патронов. Для некоторых модификаций пистолетов-пулеметов характерно наличие спусковых механизмов, которые наряду с устройством-переводчиком способны переключаться для работы одиночным огнем. Некоторые модели оснащались регуляторами темпа стрельбы. Для этого вида автоматического оружия применялись перекидные прицелы, которые представляли собой два разновысоких щитка, способных определять разные дальности стрельбы.

Первый пистолет-пулемет создан итальянским конструктором Ревелли в 1915 г., разработан как спарка небольших пулеметов, ориентированных на применение пистолетных патронов. Эта модель обладала скорострельностью в 2000 выстрелов в минуту, приводя стволы к повышенному нагреву, снижению меткости; масса пистолета-пулемета Ревелли была 6 кг.

В 1918 г. конструктор Бергман разработал свой пистолет-пулемет, конструкция которого отличалась простотой и надежностью, основа модели стала широко использоваться другими разработчиками, вводившими в свои творения исключительно технологические разработки, конструкция же оставалась неизменной.

Характеристики. Производство огня соответствует коротким очередям, включающим в себя от 3 до 5 выстрелов. Емкость магазина для пистолета-пулемета составляет от 20 до 71 патрона, что представляет одно из достоинств этого оружия, так как позволяет автоматчику сохранять запас патронов небольшого веса. Практическая скорострельность – от 80 до 140 выстрелов в минуту. Широкое применение получил во время Второй мировой войны.

Для боевых действий пистолет-пулемет использовался как оружие, обладающее скорострельностью, однако в меткости, дальности, пробивной способности он уступал винтовке. Были созданы отдельные подразделения автоматчиков, оснащенных исключительно пистолетами-пулеметами. В настоящее время ими вооружаются охранные подразделения, экипажи БМП, спецподразделения.

Пистон

Пистон – средство воспламенения порохового заряда в патроне, представляет собой медную чашечку или колпачок, оснащенный чувствительным взрывным веществом.

Пищаль

Пищаль – первое в мире нарезное оружие, применяемое для ведения настильной, прицельной стрельбы, заряжающееся с дула и казенной части. Приспособлено к произведению выстрелов каменными снарядами, а затем свинцовыми и железными ядрами.

В 1259 г. в Китае было усовершенствовано первое огнестрельное оружие, называемое огненными пиками, модернизированное оружие получило название пищаль-тухоцян. Выстрелы производились при помощи картечи, подобной мелким камешкам, кусками железа.

Первая пищаль в России была изготовлена в начале XVII в., представляла собой трехдюймовую бронзовую пищаль с 10 спиральными нарезами в канале ствола.

Аркебузы и кулеврины назывались пищалями, которые делились на затинные, называвшиеся «тюфяк», и завесные.

Затинные представляли собой крепостные ружья, а также орудия малого калибра, такие как пищали ручные, также называемые ручницы, «тюфяки» для стрельбы использовали дробь, картечь; это оружие применяется для поражения живой силы противника на малом расстоянии. Завесные пищали необходимо было переносить за спиной, используя ремень. Нарезная пищаль хранится в Музее артиллерии и инженерных войск Санкт-Петербурга.

Пистолет Макарова (пм)

Пистолет Макарова, или ПМ, был принят на официальное вооружение армии СССР в 1951 г. Пистолет Макарова имеет сходную конструкцию с немецким Вальтером ПП – ударный механизм двойного действия со свободным курком, автоматику со свободным затвором. Предохранитель неавтоматического типа расположен с левой стороны затвора.

Пистолет создавался как оружие самообороны для офицерских чинов и сотрудников правоохранительных органов, чем и объясняется переход к менее скоростному и мощному патрону большего калибра 9 × 18 мм ПМ от мощного высокоскоростного боеприпаса 7,62 × 25 мм ТТ. Патрон ПМ создавался по аналогии с довоенным немецким патроном 9 × 18 мм Ультра. Бесспорное достоинство ПМ – его надежность, а также простота сборки-разборки, относительная дешевизна. Недостатками же являются не слишком удобная рукоять и недостаточная по современным меркам емкость магазина (8 патронов). Пистолет Макарова входит в число лучших мировых образцов как компактный пистолет для самозащиты. Однако в этой роли для него предпочтительнее использование патронов с полуоболочечными экспансивными пулями, штатные пули имеют стальной сердечник, покрытый оболочкой. Не так давно появилась модификация и патрона с маркировкой 9 × 18 мм ПММ, и пистолета, обозначенная ПММ, но это не смогло принципиально изменить места этого оружия.

В настоящее время существуют планы по замене в Российской армии пистолета ПМ на пистолет «Грач», изготавливаемый под патрон калибра 9 × 19 мм. Его характеристики наиболее соответствуют современным требованиям к армейским пистолетам. Тем не менее правоохранительные органы и иные силовые структуры, нуждающиеся в компактном и надежном оружии личной самозащиты, продолжат использование ПМ еще долгое время.

Предохранение от выстрела при свободном канале ствола производится с помощью выемки, расположенной на затворе. В нее входит выступ рычага взвода, находясь при крайнем переднем положении затвора. В ином случае рычаг взвода не соединится с шепталом, поэтому при нажатии на крючок не происходит выстрел.

Пистолет Макарова позволяет вести стрельбу, не взводя курок предварительно, т. е. первым выстрелом. Это существенно уменьшает время, необходимое для открытия стрельбы. При таком типе стрельбы рычаг взвода действует напрямую на курок и поворачивает его до момента соскока с рычажка. По окончании боеприпасов в магазине затвор останавливается в крайнем заднем положении и удерживается выступом затворной задержки. Эта особенность позволяет после замены магазина быстро открыть стрельбу, предварительно нажав большим пальцем руки на кнопку затворной задержки. Свободный затвор при движении вперед досылает очередной патрон, заряжая пистолет. ПМ вновь готов к стрельбе. Пистолет ПМ надежен, неприхотлив в обслуживании. Систематическая смазка и чистка увеличивают срок службы пистолета и его безотказность при стрельбе. Разборка также осуществляется в случае сильного загрязнения, а также при смене смазки. Она может быть неполной и полной. Частая разборка лишь изнашивает детали, в связи с чем не следует производить эту операцию слишком часто.

ПММ оснащается более мощным патроном, а также магазином увеличенной емкости – пистолет ПММ-12 – соответственно 12 патронов в магазине (существует вариант ПММ-8 – с емкостью магазина 8 патронов).

По совокупности основных характеристик ПММ сравним с лучшими современными зарубежными образцами. Вести огонь из ПММ можно как высокоимпульсными, так и обычными патронами.

Для поставок за рубеж существует модификация ПММ под названием «Байкал-442». Отличается от пистолетов ПМ и ПММ применяемым боеприпасом (пистолет использует 9-мм патрон «Люггер»). «Байкал-442» имеет регулируемый прицел и более качественную внешнюю отделку.

Имеет следующие отличия от пистолетов ПМ, ПММ: измененная конструкция патронника с тремя винтовыми канавками на внутренней поверхности, которые обеспечивают торможение отката затвора и выравнивание работы автоматики при стрельбе обычными и высокоимпульсными патронами; используется двухрядный магазин, за счет чего увеличено число патронов в нем (с 8 до 12); рукоятка имеет более анатомическую форму, что сделало пистолет более прикладистым и удобным для быстрой стрельбы навскидку; усилена конструкция пистолета, возросли масса, ширина и длина; начальная скорость пули увеличилась в 1,3 раза, а дульная энергия в 1,7 раза, заметно повысилась кучность стрельбы.

Для ведения огня при плохой освещенности к пистолету разработан опытный образец лазерного целеуказателя. ИЖ-71 – это еще один экспортный вариант ПМ под патрон 9 × 17 мм короткий (курц), иногда он применяется и в России как служебное оружие. Конструкция основных механизмов и узлов пистолета идентична конструкции пистолета Макарова. По особому заказу ИЖ-71 может быть укомплектован регулируемым по горизонтали и вертикали прицелом; лазерным целеуказателем.

Кроме России, ПМ и его модификации выпускаются и в других странах. Среди них Китай, Болгария, Германия, Ливия. Документация и необходимые технологические тонкости передавались бесплатно либо за очень небольшую плату. И теперь эти страны теснят произведенный в России ПМ на мировом рынке. Это в основном обусловлено тем, что, например, китайская компания «Норико» торгует выпущенными ею «Макаровыми» самостоятельно, а Ижмех – только посредством Рособоронэкспорта.

Основные тактико-технические характеристики пистолета ПМ. Пистолет имеет калибр 9 мм, ПМ изготовлен под одноименный патрон 9 × 18, патрон имеет те же размеры, но увеличенный пороховой заряд, длина – 161 мм, емкость магазина – 71 патронов, длина ствола – 94 мм.

Порох

Порох – твердая взрывчатая смесь разнообразных компонентов, основным свойством которой является способность к горению параллельными слоями без дополнительного доступа кислорода, при этом происходит образование газообразных продуктов, способных своей энергией производить метание снарядов.

Изобретен порох был в Китае в VII в. Применялся он исключительно как зажигательный состав. Только в 810 г. порох стал использоваться в качестве горючего вещества, используемого в военных целях.

Спустя полвека изобрели взрывчатый порох, в состав такого пороха были включены селитра, сера, древесный уголь, а также вещества, способные регулировать скорость горения. Основным направлением в разработке пороха являлось увеличение поражающего действия зажигательной пороховой смеси, для этого в порох также включались разнообразные ядовитые вещества. Изобретение пороха стало доступным для остального мира после захвата Северного Китая в XII в.

Дымный порох является наиболее быстрогорящим порохом, самый медленногорящий порох – винтовочный, он не пригоден для стрельбы из дробовых ружей.

Прекрасные свойства показывает лишь в винтовке, в результате оказания сопротивления пороховому заряду от твердой пули, так как газы придают пуле приемлемую скорость при громадных давлениях, которые доходят до 3000 и более атмосфер.

Скорость горения военного винтовочного пороха составляет 8 с, дымного среднего – 0,5 с.

Холостой военный порох используется для произведения холостой стрельбы из винтовки, пулемета, а также орудий, которые созданы на меньшее сопротивление, отмечено положительное качественное действие при использовании этого пороха в дробовых ружьях.

Для дробовых ружей лучшим порохом является порох марки «Сокол», который по сравнению с холостым порохом берется по весу на 20—23% меньше. Холостой порох необходимо отсеивать, при этом удаляются наиболее мелкие зерна и пыль.

Недостатком этого пороха является очень большая разница баллистических свойств различных партий. Скорость горения военного холостого пороха составляет 2 с.

Для бездымного пироксилинового пороха «Сокол» основой служит нитроцеллюлоза, он является химически стойким, определяется как баллистически стабильный. Высшее качество такого пороха обусловливает низкую величину длины дульного пламени и дульного давления. Скорость горения 2,2 с.

ППД

ППД – пистолет-пулемет знаменитого советского конструктора В. А. Дегтярева (1879—1949) образца 1941 г., способный производить одиночный и непрерывный огонь.

Пистолет-пулемет образца 1934 г. был оснащен секторным магазином, рассчитанным на 25 патронов без направляющей обоймы для магазина, затвор сконструирован с неподвижным закрепленным бойком.

Образец ППД-34 оборудован секторным магазином на 25 патронов, направляющей обоймой, которая выполняет функцию снижения качки примкнутого магазина.

Также разработан образец ППД-34/38. Он снабжен дисковым магазином, обладающим горловиной, затвором с отсутствием ударника, неподвижно установленным бойком.

Для модели 1938 г. был введен прицел с перекидным целиком, который применяется для эффективного ведения огня на расстояние 100—200 м.

Образец 1940 г. сконструирован с дисковым магазином, горловина отсутствует, с наличием переднего и заднего упора магазина, затвор снабжен подвижным бойком.

Основан ППД на принципе отдачи энергии свободного затвора. Ствольная коробка с кожухом ствола изготавливается из частей трубы, ствол сконструирован на паре недвижимых вкладышей. Образец 1940 г. оснащен разрезанной ложей, которая способна создать примыкание дискового магазина без горловины. При помощи массы затвора, который подпружинивается наличием возвратной пружины, осуществляется запирание канала ствола.

Спусковой механизм сконструирован на возможность ведения непрерывного и одиночного огня. Произведение стрельбы осуществляется с заднего шептала. На рукоятке затвора находится движок, являющийся предохранителем, блокирование затвора происходит в момент установления на предохранитель, в результате чего зуб предохранителя помещается в зацепление с вырезом ствольной коробки.

Характеристики. Калибр – 7,62 мм; используемые патроны 7,62 × 25 мм (марки ТТ); длина ППД – 788 мм, длина ствола – 267 мм; масса оружия – 5,4 кг; емкость магазина секторного рассчитана на 25 патронов, дискового магазина – 71 патрон; начальная скорость пули – 490 м/с; скорострельность – 100 выстрелов в минуту; темп стрельбы – 800—1000 выстрелов в минуту; прицельная дальность образца 1934/1938 гг. – 500 м, образца 1940 г. – 200 м.

ППД образца 1934/1938 гг. производился маленькими партиями, образец 1940 г. изготовлен был в количестве 86 000 экземпляров.

Первые образцы были поставлены на вооружение пограничных войск, во время Великой Отечественной войны этим видом оружия вооружались заградотряды НКВД.

ППС

ППС – пистолет-пулемет Судаева образца 1943 г., характеризуемый наличием металлического приклада, который возможно сложить в походном положении, производит исключительно непрерывный огонь. Оружие сконструировано в конце 1942 г. в Ленинграде во время блокады, представляло собой компактный, легкий, а также технологичный пистолет-пулемет. В 1943 г. произведена модернизация образца 1942 г. Считалось одним из лучших образцов пистолета-пулемета Второй мировой войны.

Алексей Иванович Судаев (1912—1946) – уроженец города Алатырь в Чувашской АССР. Его отец был телеграфным надсмотрщиком. Обучался Судаев в профтехшколе, которую закончил в 1929 г., и начал свою трудовую деятельность в качестве слесаря. Затем получил образование в Горьковском железнодорожном техникуме, продолжив трудовые будни в должности техника участка села Рудничное Саткинского района Уральской области. Конструкторские способности проявились в создании первых изобретений, которые именовались «Автоматическая стрельба из пулемета посредством действия инфракрасных лучей» и «Бензиномер».

В 1930-х гг. им был сконструирован пневматический опрокидыватель для самозагружающихся платформ, на который он получил лицензию и авторское свидетельство № 42576 23 апреля 1934 г. Служба в железнодорожных войсках привела инженера к изобретению «Противоугона», свидетельство № 35862 на это изобретение получено 30 апреля 1935 г. Армейская служба послужила для Судаева толчком к разработке оружия.

В 1936 г. Судаев начинает обучение в Горьковском индустриальном институте, одновременно обучался с 1938 г. на третьем курсе факультета вооружения Артиллерийской академии РККА им. Ф. Э. Дзержинского. В ноябре 1939 г. получает звание младшего воентехника, спустя год младшего лейтенанта. Дипломная работа Судаева, написанная в 1941 г., была посвящена разработанному им автоматическому пистолету. Осенью 1941 г. конструктор разработал зенитную установку, отличающуюся надежностью и несложностью конструкции. Великая Отечественная война поставила перед конструкторами задачу разработки автоматического оружия, которое должно использоваться разведчиками, десантниками, экипажами танков, так как поставленный на вооружение для этих целей ППШ-41 являлся громоздким и весил довольно много.

Основан ППШ на принципе применения энергии отдачи свободного затвора. Выстрелы ППС создавал с заднего шептала, с открытого затвора; автоматика разработана на получение автоматического непрерывного огня. Однако сноровка солдат позволяла производить одиночные выстрелы, так как темп стрельбы не являлся очень быстрым. ППС был оснащен коробчатыми магазинами от ППШ, рассчитанными на 35 патронов. Оружие ППС-43 было легким, так как вместе с шестью снаряженными магазинами общая масса составляла 6,72 кг.

Характеристики. Калибр – 7,62 мм; используются патроны 7,62 × 25 ТТ мм; длина – 615 мм, длина ствола – 272 мм; масса при отсутствии патронов – 3,04 кг; емкость магазина рассчитана на 35 патронов; начальная скорость пули – 500 м/с; темп стрельбы – 600 выстрелов в минуту; скорострельность – 120 выстрелов в минуту, эффективная прицельная дальность – 200 м.

В 1942 г. ППС производился на Сестрорецком инструментальном заводе и поступал прямиком на Ленинградский фронт, испытания оружия проводились на Карельском перешейке, в районе Пулковских высот. Пистолетов-пулеметов образца 1942 г. было изготовлено 46 572 экземпляра. Модифицированный образец 1943 г. был определен на вооружение под названием «7,62-мм пистолет-пулемет системы Судаева образца 1943 г. (ППС-43)», поставленный на массовое производство, и со временем заменил ППШ. В отличие от ППШ для производства ППС было необходимо затратить металла в два раза меньше, и времени расходовалось при этом в три раза меньше.

Во время войны ППС всех модификаций изготовили около полумиллиона штук, ППС-43 признан самым лучшим пистолетом-пулеметом в своей категории, однако произвели такие модели в меньшем количестве, чем замененный ППШ, в связи с нецелесообразностью перехода на новую модель в условиях войны.

Практически идентичной конструкции ППС-43 были произведены немецкие пистолеты-пулеметы МР709, выпускавшиеся в конце Второй мировой войны. Оружейное производство Финляндии разработало на основе образца ППС-43 пистолет-пулемет М1944.

Впервые ППС был представлен на полигонные испытания 26 апреля – 12 мая 1942 г., которые выявили небольшие недоработки, после усовершенствования оружия 9—13 июля 1942 г. были проведены завершающие испытания, показавшие превосходство ППС над ППШ, поэтому ППС поставлен на вооружение Красной Армии. После Второй мировой войны этот пистолет-пулемет подвергся массовой экспортизации в страны Варшавского договора, а также в азиатские страны коммунистического режима, в Северную Корею и Китай.

ППШ

ППШ – пулемет-пистолет Шпагина, производящий одиночный и непрерывный огонь.

Георгий Семенович Шпагин – уроженец села Ключникова Ковровского уезда Владимирской губернии. Родился в крестьянской семье. В 1916 г. поступил на военную службу оружейным мастером в пехотном полку, во время Гражданской войны служил оружейным мастером Владимирского гарнизона Красной Армии. В 1920 г., после окончания военной службы, Шпагин направлен в образцовую мастерскую Ковровского пулеметного завода под руководством известного советского конструктора оружия Дегтярева, где работал слесарем. Общение с уникальным коллективом позволило Георгию Семеновичу раскрыть свой талант оружейного мастера. Первым изобретением Шпагина стал спаренный танковый пулемет 6,5-мм калибра с наличием шарового приспособления. Затем им была разработана шаровая установка, используемая в качестве крепления танкового пулемета 7,62-мм калибра, который применялся в танках, бронеплощадках, бронеавтомобилях. В середине 1930-х гг. конструкторская мысль Шпагина была выражена в создании оригинального приемника, используемого для ленточного питания 12,7-мм крупнокалиберного пулемета Дегтярева, это оружие было поставлено на вооружение войсковой ПВО Красной Армии в 1938 г.; в эти же годы им также были разработаны конструкции треножных станков, всевозможных устройств, применяемых к разрабатываемым пулеметам ДС. Самым выдающимся детищем конструктора Шпагина стал пистолет-пулемет, который в Великую Отечественную войну 1941—1945 гг. являлся символом советского оружия. В 1941 г. Шпагин назначается главным конструктором Загорского оружейного завода, эвакуированного в 1941 г. в Вятские Поляны и называвшегося Вятскополянским оружейным заводом, который приобрел статус головного завода по изготовлению ППШ для вооружения Красной Армии. За разработку ППШ конструктору Шпагину была присуждена Сталинская премия первой степени, он был представлен к награждению орденом Ленина. Орден Суворова второй степени, являющийся одной из высочайших полководческих наград, конструктор Шпагин получил за усовершенствования пистолета-пулемета ППШ во время Великой Отечественной войны.

В боевых действиях советско-финской войны пистолет-пулемет стал бесспорным лидером среди вооружения Красной Армии, в связи со значительным применением финской армией пистолетов-пулеметов. На вооружение были поставлены пистолеты-пулеметы Дегтярева ППД-34/38, ППД-40, однако технология их производства уже устарела, так как их изготовление происходило на металлообрабатывающих станках способом резания, такие методы не способствовали массовому повышению их выпуска.

Необходимость в разработке нового оружия стояла очень остро, и Ковровскому заводу было поручено создать дешевый и простой пистолет-пулемет, соответствующий прогрессивным направлениям машиностроения и приспособленный для массового производства.

В 1940 г. начались разработки нового оружия, приспособленного под штатный пистолетный патрон. Осенью этого же года Шпагин представил пистолетпулемет, отличавшийся простотой и элементарностью конструкции. В новое оружие удалось заложить новейшие конструкторские разработки, что приводило к повышению его эксплуатационных свойств, в нем удалось достигнуть совмещения экономичности и производственных характеристик оружия.

Главным козырем этого пистолетапулемета считались небольшие трудозатраты при его производстве. Самым сложным элементом ППШ являлся ствол, который необходимо было скрупулезно обработать на металлообрабатывающем станке, другие составляющие оружия производились с помощью точечной и дуговой электросварки способом холодной штамповки стального листа, деревянные элементы ППШ имели несложную конфигурацию. В пистолете-пулемете минимально применялись прессовые посадки, резьбовые соединения. Снижение затрат металла, труда, применение доступных и недорогих ресурсов существенно снизили себестоимость ППШ и являлись весомым плюсом для этого оружия. Самым трудоемким элементом ППШ являлся барабанный магазин, рассчитанный на 71 патрон, представляющий абсолютную копию ППД-40. Конструктор Шпагин сумел практически полностью реализовать условия задания и произвести доступный и технологичный пистолет-пулемет.

ППШ разработан на основе принципа отдачи свободного затвора, способен производить одиночный и непрерывный огонь. Ударный механизм соответствовал ударниковому типу, рукоятка перезаряжания оснащена предохранителем; заряжание и разряжание, устранение задержек оружием производилось просто и удобно. Крышка ствольной коробки откидывалась вверх.

Для устойчивости ППШ был разработан наклонный дульный тормоз-компенсатор, соединенный в единое целое с кожухом ствола. Также функцию устойчивости выполняет фибровый амортизатор затвора, который берет на себя удары, происходящие в момент отхода в крайнее заднее положение. Разработанный вопрос устойчивости способствовал увеличению жизнеспособности ствольной коробки, а также двигающихся элементов автоматики ППШ. Конструкция спускового механизма считалась намного проще его предшественников.

Во время выстрелов ствол нагревается, и, чтобы защитить руки стрелка, на ствол оружия надевался кожух, на котором изготавливались овальные окна, способствующие улучшенной вентиляции и охлаждению. ППШ представлял собой пять разбираемых частей, что позволяло воину любой подготовки быстро научиться обходиться с пистолетом-пулеметом.

Модернизация ППШ была произведена для устранения качественных характеристик оружия, показавших себя не с эффективной стороны в результате боевых действий. Основные недовольства были вызваны работой барабанного магазина, являющегося тяжелым и очень неудобным при активном перемещении бойца, при снаряжении и индивидуальной замене на каждом оружии, что являлось неудовлетворительным для военного времени.

Предохранитель ППШ также вызывал недовольство бойцов, поэтому из войск постоянно отправлялись рекламации, в которых говорилось о самопроизвольных выстрелах, производимых в результате удара приклада о твердые предметы либо о землю. Все описанные недостатки удалось устранить за короткое время, и в феврале 1942 г. ППШ оснащаются секторным магазином, рассчитанным на 35 патронов, магазин производился из стального листа, толщина которого составляла 0,5 мм. Однако и этот вариант не был совершенен, прочность магазинов оставляла желать лучшего, так как они были подвержены частой деформации. С 1943 г. магазины производились из стального листа толщиной в 1 мм, что намного повысило их эффективную работоспособность при любых условиях, которая не сопровождалась деформацией. ППШ постоянно разрабатывается и модернизируется относительно снижения его себестоимости. В результате этого секторный прицел был заменен упрощенным перекидным на 100 и 200 м, внедрение этой разработки упростило производство пистолета-пулемета на семь деталей. Предохранитель мушки также заменили с пружинного на приварную конструкцию; изменениям в сторону усиления подверглась обойма затворной коробки; установили фиксатор магазина повышенной надежности. Канал ствола хромировали, что привело к увеличению его жизнеспособности, упростив обращение с оружием; введен текстолитовый или кожный амортизатор, который сменил более дорогой фибровый амортизатор.

В феврале 1942 г. к испытаниям конструктором Шпагиным был представлен модифицированный образец ППШ-41, главное отличие от предыдущего варианта состояло в наличии съемного деревянного приклада. Однако эта модель не прошла испытаний, так как главные неудачные разработки ППШ, такие как большой вес пистолета-пулемета и несовершенная конструкция фиксатора крепления приклада, не были преодолены в этом варианте оружия.

В мае 1942 г. создан полностью усовершенствованный вариант – ППШ-2, который являлся цельнометаллическим, ствольная коробка прямоугольной, созданной при помощи холодной штамповки, автоматика основана на принципе отдачи свободного затвора; ударно-спусковой механизм подвергся изменениям, которые позволяли производить только непрерывный огонь. Продольный паз для рукоятки перезаряжания затворялся откидным щитком, служившим в качестве предохранителя, щиток оснащался двумя вырезами, расположенными спереди и сзади, в случае походного положения в вырезах происходило удерживание рукоятки затвора. Возвратный механизм снабжался фибровым амортизатором, прицел отличался оригинальной конструкцией, расстояния прицельной возможности определялись 100 и 200 м. Приклад складываемый металлический либо съемный деревянный. На ствол надевался укороченный кожух, дульный срез оснащался разработанным дульным тормозом-компенсатором. Укомплектовывался стандартным магазином на 35 патронов. И в этой модификации не удалось полностью устранить недочеты ППШ-41.

В 1945 г. на основе ППШ-41 и ППШ-42 Шпагин сконструировал еще один образец. ППШ образца 1945 г. являлся цельнометаллическим, приклад складной и сложносочлененный, ствольная коробка прямоугольного вида, усовершенствованный предохранитель в рукоятке перезаряжания, также в конструкцию был введен рычаг-предохранитель рукоятки перезаряжания, расположенный под продольным лазом ствольной коробки, позволяющий в поднятом положении четко закреплять затвор в боевых условиях. Снабжался секторным магазином, рассчитанным на 35 патронов, секторным прицелом, способным производить прицеливание на расстояние не более 500 м.

В 1945 г. также был разработан еще один вариант пистолета-пулемета, который оснащался искривленным каналом ствола, так как конструкции с искривленными стволами широко применялась в немецких танковых войсках. Назначением этого вида оружия являлось поражение живой силы пехоты, уничтожение гранатометчиков в непростреливаемых из танков местах, не превышающих 15—20 м. Ствол производился съемным, искривление канала ствола достигало 30°. Недостатком являлось уменьшение начальной скорости пули, однако рассеивание при произведении выстрелов повысилось.

Характеристики. Емкость первоначального магазина от ППД 25 патронов, модернизированного секторного магазина – 35 патронов. Длина – 842 мм; масса с полным боекомплектом магазинов – 9 кг. Секторный прицел примерно 500 м.

Простота оружия позволяла изготавливать ППШ даже на неспециализированных машиностроительных заводах, поэтому в первые месяцы Великой Отечественной войны, в связи с нехваткой современного оружия на фронтах, многие заводы страны были переведены на производство ППШ.

Первым заводом, выпускавшим ППШ с июля 1941 г., считается НКВ СССР в городе Загорске Московской области, на первых порах ориентированный на производство ППД. В октябре этого года, в связи с ускоренным приближением германских фашистских войск к Москве, завод эвакуируется в город Вятские Поляны Кировской области, также в этот город был эвакуирован завод подмосковного поселка Лопасня, занимавшийся производством барабанных магазинов к ППШ.

Завод в Вятской Поляне работал совместно с Ижевским металлургическим заводом, с большим количеством машиностроительных заводов по всей стране, которые производили обеспечение металлом, заготовками стволов, разнообразными инструментами и оснастками. В 1941—1945 гг. в Вятских Полянах было изготовлено свыше двух миллионов экземпляров ППШ.

ППШ производились на заводах в Ворошиловграде, Златоусте, Коврове, Тбилиси. Еще одним центром, можно сказать вторым, по производству этого оружия считалась Москва. В конце 1941 г. производство было запущено на Московском автозаводе имени И. В. Сталина, называвшемся ЗИС, спустя время названном ЗИЛ – автомобильный завод имени Лихачева; на инструментальном заводе имени В. Д. Калмыкова; на станкоинструментальном заводе; на «Красном штамповщике»; на фабрике спортинвентаря; в мастерских ОКБ-16; на заводах счетно-пишущих машин, а также на заводах по производству деревообрабатывающих станков. В ноябре 1941 г. в Москве изготовили только 400 пистолетов-пулеметов, в декабре производство возросло до 14 000 шт. За годы войны только в Москве было изготовлено свыше 3,5 млн ППШ. Общий объем выпущенных ППШ-41 в 1941—1945 гг. составляет 5,4 млн экземпляров.

После подписания межправительственного соглашения в 1942 г. пистолет-пулемет ППШ-41 производился на Тегеранском пулеметном заводе, расположенном в советской зоне. Иранскому заводу были переданы вся необходимая техническая документация, оборудование, оснастка для изготовления оружия по советской лицензии. Тегеранский завод внес свою лепту по производству ППШ, что составляло примерно несколько десятков тысяч пистолетов-пулеметов.

21 декабря 1940 г. ППШ поставлено на вооружение как «7,62-мм пистолетпулемет системы Шпагина образца 1941 г. (ППШ-41)». Практически повсеместное применение ППШ во время Великой Отечественной войны сделало это оружие самым популярным среди всех образцов стрелкового оружия, способным устоять в разнообразных боевых условиях.

Недостатками ППШ являлись большой вес оружия с полным комплектом снаряженных магазинов и большой длиной ППШ, что мешало в применении ППШ для воздушно-десантных войск, в танковых войсках, для отрядов разведчиков, связистов, саперов, для которых было необходимо компактное, легкое, мобильное оружие.

Приклад

Приклад является частью ложи огнестрельного оружия, которая предназначена для упора в плечо стрелка и передачи стрелку силы отдачи при выстреле. В основном приклад производят из дерева березы и ореха, приклад усиливается металлической пластинкой, называемой затылком, также изготавливаются металлические приклады.

Прицелы

Прицелы – приспособления и приборы для наводки оружия на заданную цель поражения.

Ночной прицел – оптико-электронный прицел, применяемый для произведения прицельной стрельбы в ночное время суток. Подразделяют на активные и пассивные.

Активный ночной прицел. Является оптико-электронным прибором, созданным для произведения наблюдений за полем боя, выявления и опознания целей, для обеспечения стрельбы прямой наводкой при использовании в темное время суток. Также существует возможность при подсветке от постороннего источника производить наблюдения в инфракрасном диапазоне. В этом случае осветитель, снабженный инфракрасным фильтром, освещает цель, и отраженные лучи, попадающие в прицел при помощи оптико-электронного преобразователя, реорганизуются в доступное глазу изображение.

Бесподсветочный прицел. Относится к оптико-электронным устройствам пассивного ночного прицела, которые способны производить наблюдение за полем боя, обнаружение и опознавание целей, обеспечение стрельбы прямой наводкой для решения поставленных задач в темное время суток.

Инфракрасный прицел. Представляет собой устройство наблюдения, локации, прицеливания, разработанное с применением инфракрасного излучения, исходящего от нагретых тел, являющегося невидимым для человеческого глаза электромагнитным излучением с длинами волн, соответствующими 0,77 мкм – 1 мм.

Оптический прицел. Тип прицела, созданный на базе волновых свойств света, воспроизводящий изображение объектов при помощи оптических систем. Превосходство оптического прицела перед механическими прицелами составляет примерное улучшение точности прицеливания в 9—12 раз. Оптический прицел необходим для большей точности наводки, поэтому устанавливается на оружие для выполнения задач, требующих оптимальной точности наводки. Конструкция оптической части прицела разработана таким образом, что изображение цели и прицельного перекрестия находятся в одной плоскости и с равной четкостью, что, в свою очередь, улучшает наводку, увеличивая точность прицеливания. Для оптимизации задачи точности прицеливания применяется увеличение оптического прицела.

Панорамный прицел. Применяется в качестве средства обеспечения кругового наблюдения, позволяющего прицеливаться в горизонтальной плоскости при фиксированной окулярной части прибора.

Перископический прицел. Тип прицела, с несовпадением в вертикальной плоскости осей входного оптического элемента, объектива и выходного окуляра. Используется для увеличения высоты линии наблюдения, относительно линии, находящейся перед глазами наблюдателя.

Для прицеливания оружию должно придать такое положение в пространстве, при котором оптимально происходит поражение цели пулей (снарядом). Применяются прицельные приспособления, способные сообщать оси канала ствола оружия заданное положение относительно расположения цели, условием является прохождение средней траектории сквозь условную точку поражаемой цели.

В наличии прицельной установки должны быть отправные установки по дальности, определяющие расположение цели, и по условиям стрельбы, позволяющие учитывать размер угла прицеливания в вертикальной плоскости, боковую поправку в горизонтальной плоскости.

Установив вышеописанные углы, переходят к наведению на цель при помощи визирных установок, точка прицеливания на цели совмещается с линией прицеливания, ось канала ствола сдвигается на величину угла прицеливания выше линии прицеливания.

Телескопический прицел. Является оптическим прибором, применяемым в качестве средства для наведения стрельбы, чтобы произвести ее прямой наводкой. Выполнен прицел в виде зрительной трубы с шарнирным соединением подвижной качающейся части, объединенной с пушкой, и неподвижной части, которая соединена с окулярной башней, оснащенной сетками с прицельными, угломерными, дистанционными шкалами. Фронтальная часть башни снабжена входным окном телескопического прицела, что является, в свою очередь, ахиллесовой пятой бронированной техники.

Тепловизионный прицел. Представляет собой прибор, используемый в условиях неудовлетворительной видимости, в темное время суток для нахождения, распознавания целей, прицеливания для произведения стрельбы прямой наводкой по целям. Работа прицела основана на преобразовании теплового излучения местности.

Пулемет

Пулемет – автоматическое стрелковое оружие с наличием специальной опоры, применяемое для поражения наземных, надводных, воздушных целей.

Зенитный пулемет. Представляет собой стрелковое оружие, применяемое в качестве защитного средства для устранения воздушной атаки противника, используется для поражения наземных целей. Оснащен механизмами прицеливания и наводки для произведения стрельбы по низколетящим объектам (не выше 2000 м), авиационным целям, самолетам и вертолетам. При установке на танках ставятся снаружи башни, укрепляясь на специальном станке. ЗП объединяются в количестве двух или четырех, монтируются на станке, образуя зенитную пулеметную установку с наличием общих механизмов наводки и прицеливания для произведения поражения воздушных целей.

Пристрелочный пулемет. Является спаренным с основным автоматическим оружием, используется для эффективного наведения стрельбы.

Спаренный пулемет. Применяется для дополнительного вооружения танков, устанавливается на едином с пушкой исходном положении, с совместными прицельными устройствами и механизмами наводки.

Крупнокалиберный пулемет. Пулемет, способный поражать воздушные цели, легкобронированные наземные цели. Используется для вооружения танков и самолетов как в виде одиночных универсальных установок, так и в виде комплексных установок. Монтируется на специальных танковых или зенитных установках. Для крупнокалиберных пулеметов характерно главным образом ленточное питание.

УБ. Крупнокалиберный универсальный пулемет Березина, калибр орудия 12,7 мм, разработан конструкторским бюро под руководством М. Е. Березина, в 1940 г. поставлен на вооружение Красной Армии. Представлен в трех вариантах: УБК – крыльевой вариант; УБТ – турельный; УБС – синхронный. Вес пулемета – 21,5 кг, производимая скорострельность достигала 1000 выстрелов в минуту.

Пуля

Пуля представляет собой головную часть патрона, который выбрасывается из канала ствола стрелкового оружия. Первоначально пули представляли собой свинцовые шарики диаметром немного меньшим, чем у оружейного ствола. При стрельбе они довольно свободно перемещались в стволе, что снижало точность. Применение нарезных стволов позволило повысить точность стрельбы за счет придания вращения пуле в полете вокруг своей оси. Однако пулю приходилось с усилием заталкивать в канал ствола, что замедляло процесс заряжания.

В 1849 г. капитан французской армии Минье разработал конструкцию мягкой металлической пули, которая после воспламенения порохового заряда расширялась и плотно входила в нарезы ствола. Так как наконечник пули теперь непосредственно не участвовал в процессе выстрела, ему стали придавать коническую форму, что значительно повысило точность траектории ее полета.

Патрон, содержащий капсюль и воспламеняющий заряд, стал составлять одно целое с пулей. Были также разработаны трассирующие пули, содержащие светящиеся в полете химические вещества. Они применяются для отслеживания направления стрельбы и корректировки прицела.

Среди изобретений недавнего времени можно назвать пластиковую пулю. Подразделяются на обыкновенные, предназначенные для поражения открытой или расположенной за легкими укрытиями живой силы и небронированной техники, и специальные. К последним относятся бронебойные, зажигательные, трассирующие. Обыкновенная пуля состоит из оболочки, свинцовой рубашки, сердечника. Трассирующая пуля – оболочка, сердечник, стаканчик, трассирующий состав. Бронебойно-зажигательная пуля – оболочка, свинцовая рубашка, сердечник, зажигательный состав.

Пушка

Пушка – артиллерийское орудие, используемое для настильной стрельбы для поражения воздушных, наземных, надводных целей.

Для ствола пушки характерно понятие живучести ствола, обусловленное возможностью переносить определенное количество выстрелов без потери баллистических характеристик; требовательность к пушке выражается числом условных выстрелов, при произведении которых износостойкость ствола не исчерпывается.

Казенник пушки представляет собой заднюю, или казенную, часть ствола, с наличием затвора пушки. Функция казенника – соединение ствола с противооткатными устройствами, для равновесия качающейся части пушки.

В современных пушках используется автомат заряжания пушки (АЗП), созданный для соединения разнообразных механизмов, применяемых для автоматического заряжания пушки. АЗП обладает следующими свойствами: высококачественная техническая скорострельность при стрельбе, производимой в разнообразных условиях боя; разнообразие видов снарядов, используемых для определения боевой задачи; четкая учетная возможность количества артиллерийских выстрелов в автоматизированной боеукладке.

Гладкоствольная пушка. Пушка с ненарезным стволом, что говорит о том, что канал ствола такой пушки не обладает нарезами и является трубой с гладкой внутренней поверхностью. Основным достоинством такой пушки является относительная простота эксплуатации устройства, повышение эффективности действия кумулятивных боеприпасов, при стрельбе высокоскоростными снарядами производится минимальный износ канала. Для обеспечения стабилизации снарядов в полете используется хвостовое оперение снаряда.

Нарезная пушка. Пушка с нарезным стволом, т. е. канал ствола снабжен нарезами – винтовыми канавками, которые сообщают снаряду вращательное движение. Вращательные движения придают устойчивость снаряду для прохождения заданной траектории, увеличивают дальность траектории, кучность стрельбы. Правая нарезка ствола, производимая слева вверх направо, принята для производства во многих странах мира.

Автоматическая пушка. Калибр таких орудий варьируется от 20 мм и более, применяются для поражения воздушных целей, а также для вооружения танков и самолетов.

Зенитная пушка используется для поражения воздушных, наземных, подводных целей, подразделяется на малокалиберные зенитные пушки – калибр 20—60 мм, среднекалиберные – 60—100 мм, крупнокалиберные – калибр свыше 100 мм. Конструкция орудия может быть автоматического или полуавтоматического типа.

Зенитный артиллерийский комплекс – это совокупность зенитных пушек и разнообразных технических средств, обладающих способностью уничтожения воздушных целей артиллерийским огнем.

Динамореактивные пушки разрабатывались на смену пулеметам, которые уже не справлялись с задачей поражения новой развивающейся авиации. Динамореактивные пушки конструировались как пушки, обладающие малой силой отдачи. При разработке этого вида пушек, создававшихся для эффективного поражения авиации, не удалось избавиться от их громоздкости и большой массы самого орудия, поэтому в 1935 г. этот проект был закрыт.

Скорострельные авиационные пушки. Пушки, применяемые для результативного поражения авиации, этот вид пушек в деле продемонстрировал очень хорошие показатели.

НС-23 – создана для замены ВЯ, разработка велась относительно уменьшенной скорости снаряда, что привело к уменьшению размеров и массы самого пулемета. На истребителях устанавливалась синхронная модификация, на бомбардировщиках – турельная.

НС-37 – авиационная пушка Нудельмана и Суранова 37-мм калибра, разработанная в 1941 г. конструкторским бюро в составе А. Нудельмана, А. Суранова, Г. Жирных, В. Неменова, С. Лунина, М. Бундина.

Орудие производило поражающие выстрелы по наземным и воздушным 40-мм бронированным целям бронебойными и осколочными снарядами. Создана на принципе отдачи ствола. Вес орудия 150 кг, вес применяемого снаряда – 725 кг, скорострельность – 250 выстрелов в минуту. Поставлена на вооружение весной 1942 г., НС-37 устанавливалась на истребители Як-9Т, на штурмовики Ил-2.

НС-45 – аналог НС-37, с замененным стволом, устанавливались на истребителях Як-9К.

Б-20 – авиационная пушка М. Е. Березина, поставленная на смену ШВАК, в связи с удобной конструкцией и уменьшенным почти в два раза весом орудия, в 1945 г. создано три модификации, поставленных на вооружение, – синхронная, турельная, крыльевая.

Пушка создана на принципе применения пороховых газов, которые отводятся из ствола. Использовалась в конце Великой Отечественной войны, затем устанавливалась на больших бомбардировщиках, использующихся в качестве оборонительного вооружения.

Н-37 – разработка 1946 г. конструкторами А. Сурановым, В. Неменовым, Л. Рихтером, П. Грибковым, сменившая НС-37. После 1945 г. конструкторам удалось разработать наиболее совершенные авиационные пушки, отличающиеся меньшим размером и массой по сравнению с предыдущими вариантами, пониженной отдачей и повышенной скорострельностью. Представляет собой облегченный вариант массой примерно в 100 кг, размеры пушки также были уменьшены. Начальная скорость снаряда – 690 м/с, скорострельность – 400 выстрелов в минуту. Устанавливалась на родоначальниках советских реактивных истребителей МиГ-9, МиГ-15.

НР-23 – пушка Нудельмана и Рихтера, разрабатывалась в качестве переходного варианта с 20-мм калибра на 23-мм калибр оборонительной системы тяжелого бомбардировщика, с применением снаряда НС-23. Впервые вводится новая разработка, называемая «ускорители наката», способствующая значительному увеличению скорострельности, которая с 550 выстрелов в минуту достигает 850 выстрелов в минуту. Устанавливались на бомбардировщики и истребители ВВС.

НР-30 – создана на конструктивной основе НР-23, включала ряд нововведений, позволивших скорострельность довести до 900 выстрелов в минуту, начальную скорость пули до 780 м/с, при снаряде массой в 410 г. использовалась как главное орудие истребителей с середины XX в.

АМ-23 – авиационная пушка Афанасьева и Макарова, конструктивная схема пушки основана на принципе применения энергии порохового газа, отводимого от ствола.

В конструкцию введен рычажный досылатель, производящий выталкивание патрона из звена ленты в патронник ствола; газовый буфер, функционирующий благодаря отводимым из ствола пороховым газам. АМ-23 использовалась в качестве оборонительного вооружения бомбардировщиков.

Чугунное и бронзовое литье промышленного производства, увеличение ремесленных возможностей стали толчком к развитию производства ствола пушки. Отмечено создание первой бронзовой пушки в 1327 г. в Аугсбурге. Создание первой чугунной пушки относят к 1471 г., и изготовлена она в Силезии. В XV в. из чугуна также стали производить снаряды, используемые в пушке. Во времена правления Иоанна III на Руси получило широкое развитие литье стволов орудий, для этого привозились искусные иностранные оружейные мастера. Наибольшую известность приобрел оружейный мастер Муроль, получивший прозвище Аристотель Фиораванти и воспитавший большое количество учеников, ставших хорошими оружейниками. Многие мастеровые на стволах писали свои имена. В Историческом артиллерийском музее находится на хранении орудие 1458 г., в конструкции ствола которого не предусмотрено цапф, торели, дельфинов.

Заряжание происходило с дула в связи с ненадежностью затворной системы.

Чугунные ядра практически полностью заменили каменные ядра, применявшиеся исключительно в бомбардах и мортирах. В связи с повышенным в 2,5 раза удельным весом чугуна диаметр чугунных снарядов примерно в полтора раза меньше каменных снарядов такой же массы. Калибр орудий удалось существенно уменьшить, а длину ствола увеличить.

В XV в. самыми лучшими оружейниками пушек и канонирами являлись французы. Основоположниками стали братья Бюро в 1440 г., благодаря качественному превосходству французских артиллерийских мастеров французской армии удалось победить в Столетней войне. Пушки братьев Бюро поражали сооружения, практически сравнивая их с землей.

Во время боевых действий начала XV в. широко использовалось осадное положение, растягивавшееся на длительный срок, например в 1418 г. Руан был осажден пять месяцев, Шербур в 1419 г. подвергся осаде в течение полугода. С введением пушек французы намного сократили время осадного положения. Замки Средневековья не были приспособлены для установления оборонительных артиллерийских орудий для увеличения обороноспособности замка.

Калибр орудий удалось существенно уменьшить, а длину ствола увеличить. Мастера занимались разработкой увеличения начальной скорости, которая не достигалась при наличии в орудии особых зарядных камор, исключенных со временем из его конструкции, что привело к изготовлению бескаморных пушек. Стволы пушки отливались с готовыми каналами, затем было введено увеличение размера каналов при помощи их рассверливания, также этот способ позволял убрать огрехи производства, возникшие в результате отливки.

Пушки изготавливались главным образом оружейными мастерами по своим секретным методам, державшимся в тайне и передававшимся от отца к сыну. Поэтому каждое орудие представляло собой индивидуальный вариант, исключительный ствол, калибр, для каждой пушки производились снаряды, подходившие только к ней. Основной задачей для развития пушечного производства являлась систематизация опыта и методов изготовления, которые для нужд армии необходимо было перевести в заводское производство.

В середине XVIII в. во Франции производится реорганизация артиллерийского вооружения, создаются облегченные варианты пушек со стволами 18-мм калибра, масса которых соответствовала 4, 8, 12 фн., что в 150 раз выше веса применяемого снаряда.

Полевые орудия оснащались железными осями, стволы обеспечивались мушками, реконструировались устройства наводки, и для создания вертикальной наводки внедрялись металлические вертикальные винты. В осадных пушках производится смещение цапф, теперь они находятся чуть выше канала ствола. При боевых действиях появилась возможность у артиллеристов, производящих выстрелы непосредственно из орудия, вести огонь из укрытия – бруствера.

Пушка скорострельная 2,5-дм калибра с наличием противооткатного устройства разработана в 1827—1877 гг. русским офицером-артиллеристом В. С. Барановским.

Ускоренное заряжание производилось унитарным патроном, представляющим единое целое из снаряда и гильзы и быстродействующего поршневого затвора.

Скорострельная пушка калибра 76,2 мм создана немецким конструктором Энгельгардтом, масса орудия определялась в 1677 кг, оснащалась противооткатными устройствами и сошником. Скорострельность этого орудия составляла 15—20 выстрелов в минуту.

Для стрельбы использовались: стальная шрапнель, состоящая из 300 пуль, которая создавалась из твердого прессованного свинца, каждая пуля массой в 11 г; фугасные и бризантные гранаты. К пушкам прилагался возимый боекомплект в 140 снарядов.

13-фн. пушка 76,2-мм калибра создавала скорострельность 5 выстрелов в минуту, масса орудия с боеприпасами – 1800 кг. В 1897 г. в немецкой армии поставлены на вооружение пушки 77-мм калибра, с наличием клинового затвора, оснащены раздельным заряжанием, масса орудия с передком примерно 1700 кг; в пушке использовались шрапнель, включающая 300 пуль, и гранаты. Полный боекомплект составлял 168 снарядов.

Во Франции на вооружении состояла 75-мм пушка образца 1897 г., отличающаяся скорострельностью в 16 выстрелов в минуту, дальность стрельбы достигала 8500 м, полный боекомплект – 312 снарядов, масса всей системы, с наличием трех орудийных номеров и 26 снарядов, превосходила 2000 кг.

В 1902 г. Н. А. Заблудский, опираясь на разработки В. С. Барановского, сконструировал 76-мм полевое орудие, которое получило название «трехдюймовки». Скорострельность составляла 12 выстрелов в минуту, дальность стрельбы – 6400 м, использовались такие снаряды, как гранаты и шрапнель унитарного заряжания, масса шрапнели 6,5 кг, включая 260 пуль. Головная часть снаряда оснащалась трубкой двойного действия – ударного и дистанционного, которую необходимо было вкручивать в головную часть. Общий боекомплект определялся в 502 снаряда, 128 из которых являлись перевозимым боекомплектом.

Характеристики. Самые большие медные пушки, длина которых достигала 8 футов, применяли ядра размером с человеческую голову, масса орудия примерно 150 пудов, для перемещения пушки необходимо было задействовать 35 лошадей. К концу XVII в. дальность действия пушки малого калибра – 600 м, большого калибра – 1000 м.

Широкое использование получили в полевых боевых действиях. Войсковая артиллерия обеспечивалась фальконетами (пушками небольшого калибра, составляющего 2—8 фн.). Для перевозки пушек использовали трикабели, представлявшие собой двухколесные повозки, снабженные подъемным устройством и механизмами для подвешивания орудийных стволов и облегчения закладывания их на лафеты.

Считается, что один из первых оружейных заводов в Европе располагался на Руси и являлся пушечным двором московского князя Иоанна III. Пушечный двор, построенный в 1480 г., представлял собой крепость на берегу реки Неглинки.

На дворе оружейные мастера создавали пушки под неусыпным наблюдением великокняжеских дьяков, затем наблюдение проводилось чиновниками, называемыми царскими дьяками. Пушки, произведенные на пушечном дворе, использовались в военных действиях против ливонских рыцарей и польских панов. 14 июля 1500 г. в битве на реке Ведроше удалось одержать победу благодаря пушкам.

Револьвер

Револьвер (от англ. revolve – «вращаться») – индивидуальное многозарядное неавтоматическое стрелковое оружие, оснащенное вращающимся барабаном, являющимся также и магазином, и рассчитанное на несколько патронников.

Первые виды револьверов созданы в XVI в.; примерно три столетия револьверы были фитильной и кремневой конструкции, с ручным вращением барабана. В начале XIX в. конструкторам удалось совместить ударно-спусковой механизм с вращением барабана, который был введен в системы барабанного оружия Мариэтта, Коллера, Ширка. В 1835 г. американский конструктор С. Кольт получил патент на револьвер с нарезным стволом, оснащенный ударно-капсюльным замком, использующий бумажные патроны с наличием канонической пули, явившийся прототипом современного револьвера. В этом же году к револьверам применен унитарный металлический патрон. К середине XIX в. револьверы были предпочтительнее гладкоствольного огнестрельного оружия, заряжание которого необходимо было производить с дула.

Для современных револьверов характерно в случае взведения курка или нажатия на спусковой крючок поворачивание барабана таким образом, что каждый последующий патрон устанавливается против ствола. Револьверы подразделяются по способу взведения курка на простые револьверы, производящие выстрел после предварительного взведения курка от руки, и револьверы двойного действия, способные производить выстрелы при помощи взведения курка от руки и с помощью простого нажатия на спусковой крючок, т. е. самовзвода.

В конструкцию револьвера введены устройства одновременного надвигания барабана с патронами на казенную часть ствола, которые выполняют функцию предотвращения прорыва пороховых газов между барабаном и стволом. Патроны, используемые в этом виде оружия, оснащены тупоконечной пулей, способной производить эффективное останавливающее действие. В конструкции оружия не был разработан предохранитель от случайных выстрелов. К концу XIX в. возможности модернизации револьвера практически полностью исчерпали себя, поэтому в начале следующего столетия боевые револьверы уступили место автоматическим пистолетам.

Характеристики. Калибр – 7,62—11,56 мм; вес оружия 0,75—1,3 кг; в барабане патронники в количестве 6—7; скорострельность – 18—28 выстрелов в минуту.

По назначению револьверы являются военно-боевыми, гражданскими, спортивно-целевыми.

Боевые револьверы применяются в качестве личного оружия офицерского состава армии, сержантов и солдат отдельных специальностей. Обладают поражающей способностью живых целей на дистанции до 100 м. С начала XX в. для вооружения армии не применяется, однако во время Второй мировой войны револьверы еще использовались различными армиями, участвующими в этой войне.

Ружье

Ружье – тип ручного огнестрельного или пневматического оружия.

Огнестрельные ружья подразделяются на боевые и охотничьи. Охотничьи бывают одно-, двух-, трехствольными; гладкоствольными, нарезными и комбинированными. Пневматические ружья делят на гладкоствольные и нарезные.

Духовое ружье – древнее ручное примитивное метательное оружие, имеющее вид трубки, стрелы выбрасываются под давлением вдуваемого стрелком воздуха на расстояние 30—40 м.

Пневматическое ружье – ручное оружие, в котором выстрел осуществляется за счет силы давления сжатого воздуха или другого газа.

Игольчатое ружье – казнозарядное нарезное ружье. Патроны бумажные унитарные, воспламенение которых происходит при проколе капсюля специальной иглой, имеющейся на затворе. Характеризуется большой скорострельностью, может перезаряжаться стрелком в любом положении.

Охотничье ружье – ружье, имеющее специальную конструкцию для любительской и промысловой охоты, а также для спортивной стрельбы на стендах. Стрельба может производиться специальными свинцовыми пулями, картечью или дробью.

Появление боевых ружей (таких как аркебуза, кулеврина, пищаль, петриналь) относится к XIV—XV вв. В XVI в. стали широко применяться фитильные ружья (мушкеты). В это же время был создан ударно-кремневый замок, и с появлением в XVII в. штыка было сконструировано гладкоствольное дульнозарядное ружье, которое до середины XIX в. стало основным видом оружия пехоты. Кроме того, широкое применение находили дульнозарядные ружья (штуцера). В дальнейшем усовершенствование ружья тесно связано с применением капсюля. В 1840 г. И. Дрейзе было разработано первое игольчатое (так называемое казнозарядное) ружье – винтовка, которая сразу же была принята на вооружение прусской армией. Во время Второй мировой войны широко использовались противотанковые ружья. В настоящее время название «ружье» сохраняется для охотничьих ружей, используемых в любительской и промысловой охоте.

Ручной пулемет

Ручной пулемет является оружием, применяемым для поражения живых целей на расстоянии, достигающем 800 м, произведение выстрелов соответствует коротким очередям с практической скорострельностью до 120 выстрелов в минуту. В ручном пулемете используются магазины большой емкости, в некоторых случаях ленточное питание патронами, так как применение такого вида питания позволяет увеличить практическую скорострельность. Для ручных пулеметов характерно применение смешанных стволов, которые заменяют нагретые стволы, что позволяет эффективно вести стрельбу. Устанавливаются при помощи сошек, входящих в техническое обеспечение ручного пулемета.

ДА – авиационный ручной пулемет Дегтярева образца 1928 г., представляющий собой модификацию ручного пулемета ДП Дегтярева с магазинным питанием на 25 патронов. Вес ДА – 8,8 кг; калибр —7,62 мм; скорострельность – 780 выстрелов в минуту.

Самоходная артиллерийская установка

Самоходная артиллерийская установка (САУ) – артиллерийское орудие, установленное на самоходной базе, главным образом на танковой базе, применяется в качестве сопровождения пехоты и танков в боевых условиях, а также используется для поддержки мобильных частей и для поражения танков противника. САУ являются практически безбашенными танками, в наличии которых установлены пушки калибра 76,2 мм и выше, находящиеся в корпусе бронезащитной машины.

Зенитная САУ представляет собой боевую машину артиллерии, оснащенную одной либо несколькими пушками. Наличие множественной системы пушек обеспечивается единым механизмом создания наводки и приборами управления огнем.

Смит-Вессон

Смит-Вессон – одна из широко распространенных револьверных систем. По этой системе выпускали модели калибра 11,56; 11,43; 11,18 мм.

Американские конструкторы Гораций Смит и Даниель Б. Вессон 20 июня г. в местечке Норвич штата Коннектикут организовали первую оружейную компанию под названием «Вулканик», производившую многозарядные пистолеты. 14 февраля ими был запатентован шарнирный затворный механизм, применяемый на оружии типа «Вулканик». Компания занималась изготовлением оружия двух типов. Первый вариант представлял собой пистолеты маленького размера, оснащенные стволом длиной 4 дюйма 30-мм калибра, второй вариант – пистолеты с 8-дюймовым стволом и 38-мм калибром. Слабым местом оружия Смит-Вессон являлась конструкция пули, используемая в пистолетах, соответствующая при массе в 6,5 г вышибному заряду 0,42 г дымного пороха. Компания просуществовала чуть больше года, до августа г., и за это время было произведено 1200 экземпляров оружия обоих вариантов. Затем была создана компания «Volcanic Repeating Arms Company», в которую вошли Смит и Вессон, а также текстильный фабрикант и бывший квалифицированный столяр Оливер Фишер Винчестер, и талантливый механик конструкторского бюро Кольта Уильямс С. Хикс. Однако в этой компании Смит как начальник производства смог проработать меньше месяца, затем покинул ее. Теперь начальником производства становится Вессон, проработавший до февраля 1856 г. Затем Смит и Вессон решили снова объединиться и направили свою деятельность на разработку патронов и создание револьверов на основе патентной разработки Ролина Уайта. Право на пользование патентом было получено ими у автора, оно вступало в силу с 14 ноября 1854 г. Таким образом, Смит и Вессон перешли к разработке известных револьверов фирмы «Смит и Вессон».

Первая модель револьвера крупного калибра была создана в 1908 г. как образец «Hand Elector New Model» и имела калибр 44 мм. Револьвер был создан на основе модели 38-мм калибра образца 1905 г., в конструкцию нового оружия ввели усиленный узел фиксации барабана в закрытом положении. Также была дополнительно введена третья защелка-замок на откидывающемся кронштейне барабана, в старом образце было две защелки, расположенные в передней и задней частях стержня экстрактора, являющегося осью откидывающегося вбок барабана. Также эта модель получила название «тройное запирание». Внешне от модели 1905 г. она отличалась установленным над стволом пеналом стержня экстрактора. Прицельные приспособления изменению не подверглись и выражались в наличии фиксированной мушки и расположенного на верхней поверхности рамки целика, похожего на канавку. Для упрощения производства оружия и снижения его себестоимости в 1915 г. третий замок барабана и пенал под стволом изымаются из конструкции револьвера.

В 1920-х гг. компания вновь усовершенствует крупнокалиберные револьверы, снова вводя пенал под стволом, замки барабана остаются в количестве двух штук. В 1929 г. конструкторы Смит и Вессон создают новый патрон 38HV, разработанный как модификация патрона 38 с включением в него увеличенного порохового заряда. Для нового патрона в конструкцию револьвера были внесены изменения, новое оружие 44-мм калибра оснащалось рамкой типа N, до этого применялась рамка типа К, замена коснулась также ствола и барабана. Новая модель получила название 38/44 Heavy Duty, или модель 20, способная производить выстрелы как старыми, так и новыми патронами. С введением в эту модель регулируемых прицельных устройств получился образец, называемый 38/44 Oudrsman, или модель 22.

В 1935 г. конструкторы фирмы «Смит-Вессон» совместными усилиями с Элмером Кейтом и Филом Шарпе создают патрон 357 Магнум. Под этот патрон разрабатывается модель револьвера 357 Магнум, в рамку которого устанавливается новый барабан, в конструкции предусмотрен ствол от револьвера 38/44, оснащенный подствольным пеналом; также эта модель с 1957 г. называлась модель 27. В 1980-х гг. разрабатывается модель 627, производящаяся из нержавеющей стали, заменившая модель 27. В 1950 г. создана более дешевая модель – «Дорожный полицейский» – модель 28.

Спортивно-целевые модели калибра 44 мм – модель 24 были разработаны С.-В. в 20-х гг. и изготавливались до середины XX в., затем созданы целевые модели калибра 45АКП – 25 модель, заряжающиеся при помощи обойм. Аналогом 25 моделей является 625 модель, производимая из нержавеющей стали. В середине 1950-х гг. компания «Ремингтон» и Элмер Кейт разрабатывают мощный патрон 44 Магнум, созданием оружия под этот патрон занимается Смит-Вессон, и создается 29 модель револьвера с рамкой типа N. В 1967 г. общими усилиями «Ремингтон» и «Смит и Вессон» разрабатывается револьвер под патрон 41 Магнум, создаются модели 57, 58, отвечающие заданным параметрам, различие двух моделей состояло в оснащении отличными типами прицельных приспособлений, на 57-й устанавливались фиксированные, на 58-й – регулируемые.

В 1980 г. под патрон 10 мм Auto создан револьвер модели 610, который заряжается благодаря обоймам, являющимся аналогами обойм М1917 и модели 25/625.

Характеристики. Ударно-спусковой механизм двойного действия. Калибр – 38/44, 357-41Магнум, 10 Auto, 44 RemManum, 44 SW Special, 45 Auto Rim, 45LC, 45ACP. Масса оружия без патронов 1—2 кг, относительно длины ствола и калибра. Длина ствола – от 2 1/2 до 8 3/4 дюймов, что соответствует 64—222 мм. Емкость барабана – 6 патронов, мелкосерийные модели 627 калибра 357 Магнум оснащались барабаном емкостью в 7 или 8 патронов.

В 1914 г. на фирму «Smit&Wesson» поступает заказ на производство револьверов, ориентированных на патрон 45АКП, характеризующихся отсутствием закраин, снаряжаемых в специальные полукруглые обоймы в количестве трех штук, что позволяло производить более быстрое заряжание и обусловливало обеспечение экстракции. Эта модель револьвера называлась М1917, также эта модель производилась под патрон 455 British. Производство 20 и 22 моделей совершалось почти до 1970 г., производство 27 модели продолжалось до 1980-х гг., затем перешли на 627 модель, которая в настоящее время производится в ограниченном количестве, ствол такого оружия изготавливается разнообразной длины, барабаны рассчитаны на 6 или 8 патронов калибра 357 Магнум. Смит-Вессон 25 модели изготавливали до 1980-х гг., а затем производство было ориентировано на 625 модель, которая производится и в настоящее время.

Самым мощным револьвером Смит-Вессон считается Магнум 29 модели, производство которого было налажено серийно, в настоящее время изготавливается аналогичная модель из нержавеющей стали в двух вариантах: базовая – с укороченным пеналом под стволом; «Классик» – с увеличенным пеналом по всей длине ствола.

В настоящее время не прекращено изготовление аналога 57 модели – модель 657 из нержавеющей стали. 610 модель находится в производстве в настоящее время.

Револьверы компании «Смит и Вессон» на рамке N характеризуются как мощное оружие высокого качества, применяемое для вооружения полиции и в качестве охотничьего оружия и спортивной стрельбы. Используется в тех случаях, когда необходимо оружие повышенной мощности боеприпасов, к тому же большой вес способствует хорошей адаптации при наличии сильной отдачи патронов класса Магнум. Модель револьвера М1917 производства «Смит и Вессон» использовалась для вооружения войск армии США, во время Первой мировой войны находящихся на территории Европы. М1917 также был разработан под патрон 455 British и поставлялся для вооружения армии Англии. Широкое применение получил револьвер 357 Магнум – 27 модель, ставший одним из самых популярных револьверов калибра 357 Магнум.

28 моделью вооружалась полиция США. Слишком большая мощность не позволила 57 и 58 моделям завоевать популярность как отличное вооружение полиции США.

Также фирмой «Смит и Вессон» создавались малогабаритные карманные револьверы уже в начале зарождения этой компании. Первой была разработана модель револьвера из серии Hand Ejector, которая представляла собой компактный револьвер калибра 32 Смит-Вессон. Лонг с откидным в сторону барабаном, ставшим впоследствии прототипом моделей 31, 32, 33 калибра 32 Смит-Вессон Лонг и калибра 38 Spl. С 1961 г. модели оснащались рамкой типа J, производились только до середины 1970-х гг.

Осенью 1950 г. револьвер Смит-Вессон как средство самообороны и «оружие второго шанса» для полиции, переносимое скрытно, был продемонстрирован на международной конференции шефов полиции.

Револьвер «Chiefs Special». Конструкция оружия оснащалась ударно-спусковым механизмом двойного действия, курок с наличием отбоя и закрепленным на нем ударником. Включен специальный автоматический предохранитель, представляющий собой маневренную планку, предупреждающую случайный выстрел в результате срыва курка с боевого взвода, приведение его в действие происходит, когда планка опускается с пути курка, что позволяет в момент нажатия на спусковой крючок ударнику достигнуть капсюля. Барабан состоял из пяти камор калибра 38 мм, закреплялся в рамке позади барабана и под стволом при помощи пружинной защелки. Подвижная клавиша, расположенная на левой части рамки сзади барабана, разработана для управления задней защелкой. Стальной револьвер обеспечивается прицельными приспособлениями, являющимися абсолютно зафиксированной мушкой и целиком, который создан в виде продольной канавки, установленной на верхней части рамки. С 1957 г. оружию присвоен 36 номер модели, оно являлось очень удачной конструкцией, которая стала образцом для многих модификаций.

Модели «Chiefs Special Air Weight», «Air Lite». В 1952 г. «Chiefs Special Air Weight» стали первой модификацией револьвера «Chiefs Special», получившей позже 37 номер модели. Усовершенствования коснулись введения рамки более легкого веса, производимой из алюминия, что позволило массу всего оружия снизить практически на 40% и оценить ее как наиболее удобный вариант для скрытого ношения в течение длительного времени. «Air Lite» создан в 1998 г., оснащается алюминиевыми деталями: рамкой, рычагом барабана, кожухом ствола; барабан изготавливается из титана, данные нововведения позволили значительно снизить вес револьвера. В алюминиевый кожух помещался лейнер с тонкими стенами, производимый из нержавеющей стали. Впоследствии эта модель претерпела модернизацию, которая затронула рамку и кожух ствола, и изготавливалась из специального сплава редкоземельного металла скандия, повышающего прочность деталей оружия. Масса револьвера этой модели небольшая, однако револьвер разработан под мощные патроны калибра 357 Магнум, при произведении выстрела происходит очень резкая и сильная отдача.

Револьвер «Cenntennial». В 1955 г. была создана эта модель, получившая номер 40, совместившая в себе разработки «Chiefs Special» и «Safety Hammerless». Конструкция рамки и механизма, ствол, барабан заимствованы у «Chiefs Special», от другой модели были взяты полностью скрытый курок только двойного действия, автоматический предохранитель, созданный как клавиша на тыльной стороне рукоятки. Спустя четверть века разработана модифицированная модель 640, созданная полностью из нержавеющей стали, автоматический предохранитель был исключен из ее конструкции; револьвер является высокопрочным. Также был разработан револьвер модели 640, ориентированный на использование патронов 9 × 19 мм Парабеллум, которые помещались в плоские обоймы в количестве 5 шт., эта модель продавалась очень плохо и была снята с производства. Модели этой серии создавались с облегченной алюминиевой рамкой – 642, 442; в 1998 г. разработана модель 342 под патрон калибра 38 мм, в 2000 г. – 340 калибра 357 Магнум. 342 и 340 изготавливались с титановыми барабанами, лейнерами стволов из нержавеющей стали. В первой модели рамка, кожух ствола, шарнир барабана были из алюминиевого сплава, во второй эти же детали создавались из специального сплава со скандием. Модель 332 калибра 32 Магнум являлась 6-зарядным револьвером.

«Bodyguard». Первая модель «Телохранитель» под номером 38 создана в 1957 г., оснащалась алюминиевой рамкой 38-мм калибра. Для ускоренного извлечения оружия в конструкции предусмотрен курок, скрытый под выступами рамки.

Для улучшения стрельбы спица курка немного выступает над рамкой, давая возможность вручную взводить курок в определенных случаях. В 1961 г. разрабатывается модификация под номером 49, оснащающаяся полностью стальной рамкой 38-мм калибра.

«Chiefs Special Stainless». Карманное оружие начало свою мировую историю в 1965 г. с этого образца, который представлял собой модификацию револьвера «Chiefs Special» калибра 38 мм, созданную целиком из нержавеющей стали, модели был присвоен номер 60. Получил револьвер широкое применение как вспомогательное или основное оружие полиции для скрытого ношения, также пользовался большой популярностью среди гражданского населения США.

«Lady Smith». В конце XIX в. разработана модель револьвера Смит-Вессон, которая предназначалась специально для стрелков-женщин. Затем многие модели револьверов усовершенствовались специально для женщин, на модернизированном оружии после номера модели ставится LS. Для женских револьверов характерно наличие изящного дизайна и уменьшенной рукоятки со щечками из ценных пород дерева.

«Kit Guns». Оружие Смит-Вессон, предназначенное для самообороны путешественников, поэтому этот тип револьверов имеет небольшую массу и габариты, что не наносит ущерб точности стрельбы. Также при помощи него можно охотиться на мелкую дичь. Ствол револьвера составляет 3 дюйма, равных 76 мм, оснащается прицельными регулируемыми приспособлениями.

Револьверы модели 36,37 выпускаются и в настоящее время. Модель 40 изготавливалась с 1955 по 1974 г., затем с 1980 г. к производству была допущена модифицированная модель 640, которая просуществовала до наших дней и прекрасно производится и сейчас под патрон калибра 357 Магнум, а также оснащается удлиненным стволом, определяемым в 2 1/8 дюйма. Модель 642 была заменена в производстве на 442 модель 1993 г. В настоящее время изготавливаются «Bodyguard» 638 с алюминиевой рамкой, стальным барабаном и стволом 38-мм калибра и модель 649 калибра 357 Магнум; 60 модель карманного револьвера.

Характеристики. Ударно-спусковой механизм двойного или только двойного действия. Калибр – 38 Special, 357 Магнум, 32 H&R Magnum, 22LR. Масса оружия без боекомплекта, в наличии которого находится ствол в 2 дюйма, для стальных моделей составляет 650—700 г, модели «Air Weight» – 450 г, «Air Lite Ti» и Sc – 280—340 г длина – 170 мм со стволом в 2 дюйма, длина ствола – 1 7/8 или 2 дюйма, что соответствует 48 или 51 мм, также 2 1/8 дюйма, т. е. 54 мм, у моделей 357 Магнум, 3 дюйма, равных 78 мм, оснащаются модели с удлиненным стволом. Питание производится при помощи барабана емкостью в 5 патронов, моделей 38 и 357, также 6 патронов – 32 и 22, 8 патронов – исключительно для модели 22.

Снаряды артиллерийские

Снаряд – главный элемент артиллерийского выстрела, основным назначением которого является поражение всевозможных целей, а также специальными снарядами производится освещение, задымление и т. д. Снаряды основного назначения состоят из внутренней полости – каморы, которая снабжается разрывным зарядом и поражающими элементами, например шариками, иголками. Используется для поражения открытой живой силы и боевой техники на расстоянии, доступном прицельной дальности орудия, в случае поражения цели вблизи орудия применяемый снаряд называется картечным. Калибр снаряда определяется диаметром снаряда по наибольшему его поперечному сечению.

Для поражения противника или какой-либо определенной цели издревле применялись снаряды, вначале это были просто камни, затем изготовление и совершенствование оружия привело к созданию человеком разнообразных устройств, простых и сложных, которые обладали большой разрушительной силой. К первым снарядам относятся камни, палки, кости. Чтобы производить поражение цели на большом расстоянии, была создана праща, являющаяся первым метательным оружием. Она представляла собой прикрепленную к палке веревочную либо ременную петлю с вложенным в нее камнем. Дальность выстрела пращи составляла примерно 200 шагов, при поражении ею противник получал мощный удар. Камни, используемые для снарядов, имели круглую или овальную форму; затем снаряды изготавливали из обожженной глины; далее наступила эра металлических снарядов: бронзовых, железных, свинцовых. Для первых метательных машин снарядами являлись большие камни и копья, бревна, горшки с зажигательной смесью, связанные пучки стрел, для ослепления противника применялись горшки с известковой пудрой, которые метались при помощи силы упругости некоторых твердых тел или силы тяжести. При изобретении порохов снаряды стали ими начиняться. Усовершенствования снаряда привели к использованию камнеметной артиллерией зажигательных, фугасных, осколочных снарядов в керамических или чугунных корпусах. Снаряды подразделяются на снаряды малого калибра – не превышающие 76 мм, среднего калибра – от 76 до 152 мм, крупного калибра – свыше 152 мм.

Снаряды определялись по способу их назначения: основного, специального, вспомогательного назначения. Снаряды основного назначения использовались в качестве подавления, уничтожения, разрушения разнообразного типа целей. Высокая прочность корпуса, количество и качественный состав взрывчатого вещества обусловливают ударные и фугасные возможности снаряда. Для получения эффективного результата при подрыве снаряда требуются постоянное совершенствование и разработка новых взрывателей и дистанционных трубок, представляющих собой устройства, способствующие детонации, взрыву, зарядов боеприпаса снаряда при взаимодействии с целью назначения, в районе этой цели и в установленных координатах траектории полета снаряда.

Снаряды основного назначения: осколочные; фугасные; осколочно-фугасные; бронебойные калиберные; бронебойные подкалиберные; шрапнельные; кумулятивные; бетонобойные; зажигательные; химические, осколочно-химические.

Снаряды специального назначения: осветительные, дымовые, агитационные.

Агитационный снаряд – вид снаряда, применяемый для выполнения задания переброски агитационной литературы.

Активно-реактивный снаряд — снаряд, используемый в орудиях; для него характерен способ выстреливания из ствола орудия как обычного снаряда. При движении по заданной траектории работает установленный реактивный двигатель.

Бетонобойный снаряд – тип снаряда, обладающий фугасным и ударным действием, используется в качестве поражающего цели из орудий крупного калибра, цели состоят из железобетонных конструкций и конструкций долговременного способа постройки, также возможно применение для поражения бронированных целей. Действие, производимое снарядом, состоит в пробивании или проникновении в прочную железобетонную преграду для произведения ее разрушения с помощью силы газов, полученных при взрыве разрывного заряда. Этот тип снаряда должен обладать мощными ударными и фугасными свойствами, высокой кучностью боя, хорошей дальнобойностью.

Бризантный снаряд. Название произошло от французского слова brisant – «дробящий». Представляет собой осколочный или осколочно-фугасный снаряд, в котором находится дистанционный взрыватель, применяемый в качестве взрывателя снаряда в воздухе на заданной высоте.

Бризантные снаряды начинялись мелинитом – взрывчатым веществом, созданным французским инженером Тюрненом, мелинит был запатентован разработчиком в 1877 г.

Бронебойно-подкалиберный снаряд – снаряд ударного действия с наличием активной части, называемой сердечником, диаметр которого отличается от калибра орудия в три раза. Обладает свойством пробивать броню, превышающую калибр самого снаряда в несколько раз.

Бронебойно-фугасный снаряд — снаряд фугасного действия, применяется для поражения бронированных целей, для него характерно произведение взрыва с отколами брони с тыльной стороны, которые поражают бронированный объект с нанесением поражающей мощности оборудованию и экипажу.

Бронебойный снаряд – снаряд ударного действия, используется в качестве поражающего бронированные цели из орудий малого и среднего калибра. Первый такой снаряд был сделан из закаленного чугуна, созданного по методу Д. К. Чернова, и оснащен специальными наконечниками С. О. Макарова из вязкой стали. Со временем перешли к изготовлению таких снарядов из пудлинговой стали.

В 1897 г. отмечено пробивание снарядом из 152-мм пушки плиты толщиной в 254 мм. В конце XIX в. бронебойные снаряды с наконечниками Макарова поставлены на вооружение армий всех государств Европы. Изначально изготавливались сплошными, далее в бронебойные снаряды закладывались взрывчатые вещества, разрывной заряд. Бронебойно-калиберные снаряды при разрыве создают проколы, проломы, выбивание из брони пробки, сдвиги, срывы броневых листов, заклинивание люков, башен.

За броней производят поражающее действие осколками снаряды и брони, создают этим также детонацию боеприпасов, горюче-смазочных материалов, находящихся в цели или на близком расстоянии от нее.

Дымовые снаряды предназначены для постановки дымовых завес и в качестве средств, указывающих на расположение цели.

Зажигательный снаряд. Используется для создания очагов поражения из орудий среднего калибра, с целью поражения живой силы и военной техники, например тягачей и автомашин. Во время военных действий получили широкое применение бронебойно-зажигательно-трассирующие снаряды.

Калиберный снаряд обладает диаметром центрирующих утолщений или корпуса, который соответствует калибру орудия.

Кассетный снаряд. Название произошло от французского cassete, что переводится как «ящик»; представляет собой тонкостенный снаряд, заполненный минами или другими боевыми элементами.

Кумулятивный снаряд – снаряд с характеристикой снаряда основного назначения, с зарядом кумулятивного действия.

Кумулятивный снаряд пробивает броню направленным действием энергии взрыва разрывного заряда и производит поражающее действие за броней.

Действие такого заряда следующее. Во время встречи снаряда с броней происходит срабатывание взрывателя мгновенного действия, взрывной импульс передается от взрывателя с помощью центральной трубки к капсюлю-детонатору и детонатору, установленному в донной части кумулятивного заряда. Взрыв детонатора ведет к детонации разрывного заряда, движение которого направлено от донной части к кумулятивной выемке, наряду с этим создается разрушение головной части снаряда. Кумулятивная выемка своим основанием приближается к броне, из материала облицовки при происходящем резком сжатии с помощью выемки во взрывчатом веществе происходит образование тонкой кумулятивной струи, в которой собирается 10—20% металла облицовки. Остальной металл облицовки, обжимаясь, образует пест. Траектория струи направляется вдоль оси выемки, вследствие очень большой скорости обжатия металл нагревается до температуры в 200—600 °C, сохраняя все свойства металла облицовки.

Когда преграда встречается со струей, движущейся со скоростью в вершине 10—15 м/с, струя образует большое давление – до 2 000 000 кг/см2, тем самым головная часть кумулятивной струи разрушается, разрушая броню преграды и выжимая металл брони в сторону и наружу, при проникновении последующих частиц в броню обеспечивается пробитие преграды. За броней поражающее действие сопровождается общим действием кумулятивной струи, элементами металла брони, продуктами детонации разрывного заряда. Свойства кумулятивного снаряда зависят от взрывчатого вещества, его качества и количества, от формы кумулятивной выемки, материала ее облицовки. Используются для поражения бронированных целей из орудий среднего калибра, способны пробивать бронированную цель, в 2—4 раза превышающую калибр орудия. Вращающиеся кумулятивные снаряды пробивают броню до 2 калибра, не вращающиеся кумулятивные снаряды – до 4 калибра.

Кумулятивные снаряды впервые поставлены в боекомплект для полковых пушек 76-мм калибра образца 1927 г., затем для пушек образца 1943 г., также ими в 1930-е гг. укомплектовывались гаубицы 122-мм калибра. В 1940 г. была испытана первая в мире многозарядная реактивная установка залпового огня М-132, использующаяся в кумулятивных снарядах. М-132 приняты на вооружение как БМ-13-16, на направляющих установках располагалось 16 реактивных снарядов калибра 132 мм.

Кумулятивно-осколочный, или многоцелевой снаряд. Относится к артиллерийским снарядам, производящим осколочные и кумулятивные действия, используется с целью поражения живой силы и бронированных препятствий.

Осветительный снаряд. Эти снаряды используются для освещения предполагаемого местонахождения поражаемой цели, для освещения местности противника, чтобы производить наблюдение за его мероприятиями, для проведения пристрелки и отслеживании результатов стрельбы на поражение, для ослепления наблюдательных пунктов противника.

Осколочно-фугасный снаряд. Относится к снарядам основного типа назначения, применяемым для поражения живой силы, военной техники противника, полевых оборонительных сооружений, также для создания проходов на минных полях и в заградительных сооружениях, из орудий среднего калибра. Установленный тип взрывателя обусловливает действие снаряда. Контактный взрыватель устанавливается для фугасного действия при разрушении легких полевых сооружений, осколочный – для поражения живой силы, для замедленного произведения разрушающей силы на заглубленных полевых сооружениях.

Включение в себя разнообразного вида действия снизило его качественную характеристику перед снарядами только четко направленного действия, только осколочного и только фугасного.

Осколочный снаряд – снаряд, используемый в качестве поражающего фактора живой силы, небронированной и легкобронированной военной техники, поражающее действие вызвано произведенными при взрыве осколками, образуемыми при разрыве оболочки гранаты.

Подкалиберный снаряд. Характерной особенностью такого снаряда является диаметр активной части, который меньше калибра предназначенного для него орудия.

Разница между массой подкалиберного снаряда и калиберного, в рассмотрении одного калибра, дала возможность получения больших начальных скоростей подкалиберного снаряда. Введены в боекомплект для орудия 45-мм калибра в 1942 г., в 1943 г. для 57-мм и 76-мм орудий. Начальная скорость подкалиберного снаряда для 57-мм пушки составляла 1270 м/с, что являлось рекордной скоростью для снарядов того времени. Для увеличения мощности противотанкового огня в 1944 г. разработан 85-мм подкалиберный снаряд. Такого типа снаряды действуют, пробивая броню, в результате выхода сердечника из брони, при резком освобождении напряжения сердечник подвергается разрушению на осколки. За броней поражающее действие создается осколками от сердечника и брони.

Надкалиберный снаряд – снаряд, у которого диаметр активной части создан большего размера, нежели калибр применяемого орудия, такое соотношение увеличивает мощь данных боеприпасов.

Разрывные снаряды. Подразделялись относительно весовой категории на бомбы, представляли собой снаряды, превышающие вес в 16,38 кг, и гранаты – снаряды, масса которых менее 16,38 кг. Разработаны эти виды снарядов для оснащения боеприпасами гаубиц. Разрывные снаряды применялись для произведения выстрелов, поражающих открыто расположенные живые цели, оборонные сооружения.

Результатом взрыва этого снаряда являются осколки, которые разлетаются в большом количестве на примерно заложенный радиус поражающего действия.

Разрывные снаряды прекрасно подходят для применения в качестве поражающего фактора орудий противника. Однако недоработка трубок снаряда приводила к недееспособности некоторого количества разрывных снарядов, поэтому отмечалось, что только четыре из пяти снарядов взрывались. Примерно три века такие снаряды господствовали среди артиллерийских снарядов, находящихся на вооружении практически всех армий мира.

Реактивный снаряд снабжен боевой частью и двигательной установкой. В 40-е гг. XX в., во время Второй мировой войны, разрабатывались реактивные снаряды разного вида: в немецких войсках на вооружение были поставлены турбореактивные осколочно-фугасные снаряды, в советских войсках реактивные и турбореактивные осколочно-фугасные снаряды.

В 1940 г. была испытана первая в мире многозарядная реактивная установка залпового огня М-132. Она принята на вооружение как БМ-13-16, на направляющих установках располагалось 16 реактивных снарядов калибра 132 мм, дальность стрельбы – 8470 м. Также поставлена на вооружение БМ-82-43, на направляющих установках которой устанавливалось 48 реактивных снарядов 82-мм калибра, дальность стрельбы – 5500 м в 1942 г.

На вооружение поставляются разработанные мощные реактивные снаряды М-20 132-мм калибра, дальность стрельбы при помощи этих снарядов 5000 м, и М-30. М-30 являлись снарядами с очень мощным фугасным действием, использовались на специальных станках рамного типа, в которые устанавливалось четыре снаряда М-30 в специальной укупорке. В 1944 г. поставлена на вооружение БМ-31-12, на направляющих устанавливалось 12 реактивных снарядов М-31 305-мм калибра, дальность стрельбы определялась в 2800 м. Введение этого вооружения позволило разрешить проблему маневра огнем частей и подразделений тяжелой реактивной артиллерии.

В работе этой конструкции время залпа удалось уменьшить с 1,5—2 ч до 10—15 мин. М-13 УК и М-31 УК – реактивные снаряды улучшенной кучности, которые обладали способностью проворачиваться в полете, осуществляя дальность стрельбы соответственно до 7900 и 4000 м, плотность огня в одном залпе повысилась в 3 и 6 раз.

Огневые возможности со снарядом улучшенной кучности позволили заменить полковой или бригадный залп производством залпа одного дивизиона. Для М-13 УК разработана в 1944 г. боевая машина реактивной артиллерии БМ-13, оснащенная винтовыми направляющими.

Управляемый снаряд – снаряд, оснащенный средствами управления полетом, стрельба такими снарядами производится в обычном режиме, во время прохождения траектории полета в снарядах происходит реакция на энергию, которая отражается или излучается от цели, автономные бортовые приборы начинают формировать сигналы, передающиеся органам управления, производящим корректировку и направление траектории для эффективного поражения цели. Используется для поражения подвижных малоразмерных целей стратегического назначения.

Фугасный снаряд. Для такого снаряда характерны мощный разрывной заряд, контактный взрыватель, головной или донный, с наличием установки на фугасное действие, с одним или двумя замедлениями, очень крепкий корпус, прекрасно проникающий в преграду. Применяется в качестве поражающего фактора укрытой живой силы, способен разрушать небетонированные сооружения.

Шрапнельные снаряды используются для поражения осколками и пулями открыто расположенной живой силы и техники противника.

Химические и осколочно-химические снаряды. Этот вид снарядов поражал живую силу противника, заражал участки местности и инженерные сооружения.

Впервые химические артиллерийские снаряды были применены немецкой армией 27 октября 1914 г. в боях Первой мировой войны, эти снаряды были оснащены шрапнелью вперемешку с раздражающим порошком.

Далее в такие снаряды включались несмертельные слезоточивые газы.

В 1917 г. были разработаны газометы, стреляющие главным образом фосгеном, жидким дифосгеном, хлорпикрином; представляли тип минометов, стреляющих снарядами, в которые включалось 9—28 кг отравляющего вещества.

В 1916 г. активно создавались артиллерийские средства на основе отравляющих веществ, отмечалось, что 22 июня 1916 г. в течение семи часов артиллерия немецкой армии выпустила 125 000 снарядов, общее число удушающих отравляющих веществ в них составило 100 000 л.

Время действия снаряда. Количество затраченного времени, исчисляемого от момента столкновения снаряда с преградой до его взрыва.

Сорока

Сорока – русское название скорострельного многоствольного орудия, которое получило распространение и применялось в XVI – начале XVII в.

Станковый пулемет

Станковый пулемет – мощное автоматическое огнестрельное оружие, установленное на треножном или колесном станке, обеспечивающем устойчивость орудия для произведения высококачественной наводки и эффективной меткой стрельбы. Комплектуется механизмами горизонтальной и вертикальной наводки.

Механизмы тонкой вертикальной наводки способствуют увеличению точности вертикальной наводки, помогают варьировать углы возвышения оружия в небольших пределах с помощью вращения маховика.

Горизонтальная наводка свободна, так как ее обеспечение производится при помощи вращения пулеметной рукоятки управления. Также станковые пулеметы устанавливают на специальные одиночные или комплексные (спаренные, строенные, счетверенные) зенитные установки. Используется для поражения открытых и расположенных за небольшими складками местности групп живых целей, огневых средств, удаленных на расстояние от 1000 до 2500 м, воздушных целей, летающих на малой высоте. Универсальные станковые пулеметы способны поражать зенитные и наземные цели.

Стрельба из станковых пулеметов производится короткими и длинными очередями, высокий режим огня возможен лишь при охлаждении ствола, поэтому стволы конструируются массивными, с большой поверхностью, позволяющей создавать большую теплоотдачу. Практическая огнестрельность составляет 250 выстрелов в минуту.

Стрелковое оружие

Стрелковое оружие – огнестрельное оружие, используемое для поражения цели пулями.

Стрелковое оружие бывает различных видов: пистолеты, револьверы, пистолеты-пулеметы, автоматы, автоматические винтовки и пулеметы, различные виды спортивного и охотничьего огнестрельного оружия. Также для вооружения самолетов и танков разработано специализированное стрелковое оружие, именуемое как танковые и авиационные пулеметы. В настоящее время основное применение получило автоматическое стрелковое оружие, используемое для поражения живой силы и огневых средств противника. Назначением некоторых крупнокалиберных пулеметов является поражение легкобронированных целей наземного и воздушного назначения.

Основные характеристики, благодаря которым отдается предпочтение автоматическому стрелковому оружию, – достаточно высокая эффективность стрельбы, надежное действие, маневренность, простота и удобство эксплуатации.

Производство такого оружия считается относительно несложным по сравнению с другими видами оружия, что способствует массовому производству автоматического стрелкового оружия.

ТТ

ТТ – пистолет Токарева образца 1930 г. Аббревиатура ТТ означает Тула – Токарев, является личным оружием защиты и нападения, применяемым для поражения живых целей на близком расстоянии.

Принцип работы автоматики основан на отдаче ствола при его коротком ходе, подвижная серьга создает запирание канала при сцеплении ствола с кожухом-затвором. ТТ оснащен курковым ударным механизмом, курок открытый с витой боевой пружиной, расположенной в канале. Основные узлы сконструированы идентично пистолету Кольт образца 1911 г.

Предохранительный взвод курка выполняет также функцию предохранителя, к сожалению, полной безопасности он не гарантирует. Отмечено, что случайный выстрел возможен при падении ТТ на курок с изломом предохранительного взвода.

Прицел соответствует прицелу открытого типа: целик и мушка. Ось канала ствола находится низко относительно рукоятки, что уменьшает плечо отдачи и приводит к увеличению меткости стрельбы. Использование массивного кожуха-затвора ведет к снижению скорости отдачи и предусмотренного в конструкции приближенного центра тяжести оружия к рукоятке. Перезаряжание основано на моменте отхода ствола, когда «серьга» отпускает казенную часть, что приводит к расцеплению ее с затвором.

Некоторые детали ТТ изготовлены как отдельные агрегаты и блоки, в одну колодку включены детали ударно-спускового механизма, поэтому пистолет легко разбирается и собирается.

Для улучшения боевых способностей и технологического процесса производства были модернизированы ствол, рамка, ударно-спусковой механизм.

Стрельба ТТ от живота и навскидку вносит некоторые неудобства, происходящие за счет небольшого угла наклона рукоятки.

Неплохая балансировка и крупная прицельная линия существенно упрощают процесс стрельбы неискушенным стрелкам.

Характеристики. Калибр – 7,62 × 25 мм; масса без патронов – 0,85 кг, общая масса – 0,94 кг; длина – 195 мм; длина ствола – 116 мм; высота – 130 мм; емкость магазина – 8 патронов; прицельная дальность – 50 м; скорострельность – 30 выстрелов в минуту; начальная скорость пули – 420 м/с.

Достоинства: недорогое производство, высокая надежность, эффективная пробивная способность пули, хорошая меткость стрельбы.

Массовое изготовление производилось на Тульском оружейном заводе. Примерно 1 млн 700 тыс. пистолетов был произведен только в СССР. И в настоящее время ТТ выпускается в Китае под названием «Тип 51», в Корее – «Тип 68», Югославии – «М-57» с емкостью магазина в 9 патронов, в Венгрии – «Токагипт-58» с использованием патрона 9 × 19 мм Пар., в Польше.

Широко использовался во Второй мировой войне; поставлен на вооружение армий 25 стран мира.

Фальконет

Фальконет – небольшое орудие, производящее выстрелы при помощи свинцовых ядер, в XVI в. выстрелы производились при помощи картечи.

Характеристики. Калибр ствола – 75 мм; масса орудия – 250 кг; дальность полета ядра – 1000 шагов.

В русско-турецкой войне со стороны России использовались небольшие пушки, называемые фальконетами, отлитые Мышегским заводом, которые поставлялись для вооружения сухопутных войск и войск морского флота. Такого рода пушки применялись для штурма крепостей.

Фаустпатрон

Фаустпатрон – противотанковый реактивный снаряд, выстрелы из орудий такого вида снарядами производятся без отдачи, обладают поражающей способностью на дистанции в 30 м и направлены на поражение танков. Приняты на вооружение германской армии в 1944 г., подразделялись на фаустпатрон первого образца и второго образца. Образцы отличались между собой размерами и конфигурацией головной части корпуса мин. Фаустпатрон первого образца представлял собой снаряд большого размера с тупой головной частью.

Фаустпатрон создан на основе мины кумулятивного действия с хвостовым оперением и трубы-ствола с пороховым метательным зарядом и стреляющим механизмом, который обладает двумя установками, одна на предохранитель, вторая на боевой взвод. В случае установки стреляющего механизма на предохранитель головка винта должна находиться в единой плоскости со спусковой кнопкой и, следовательно, должна быть приподнята кверху, прицельная рамка откинута и фиксирована чекой, рамка, упираясь, выполняет функцию недопущения перехода стреляющего механизма в положение боевой взвод.

Взведение стреляющего механизма производится при помощи поднятия прицельной рамки, подачи за головку винта стебля вперед до отказа, при этих действиях спусковая кнопка прилично выступает из кожуха стреляющего механизма.

Затем необходимо вернуть в крайнее заднее положение и повернуть при помощи головки винта влево до упора. Линия прицеливания для глаза является красной чертой у визирного отверстия прицельной рамки, верхний кант мины указывает на цель.

Выстрел создается нажатием на спусковую кнопку, производится в любом положении стрелка. Задняя часть ствола находится в свободном положении, учитывая, что при выстреле из него вырывается сноп огня длиной 1—4 м, то стрельба должна производиться таким образом, что за стволом-трубой примерно в 10 м необходимо исключение каких-либо препятствий, к которым относятся земля, камни, стены и др. Во избежание поражения осколками стреляющий укрывался. На поверхности трубы-ствола есть надпись: «Внимание! Луч огня!».

Характеристики. Диаметр самой большой мины фаустпатрона первого образца составляет 140 мм и соответственно второго образца 100 мм. Общая длина примерно 1 м. Масса первого образца 5,35 кг, второго образца – 3,25 кг.

Фаустпатрон первого образца использовался во Второй мировой войне для борьбы с советскими танками КВ, фаустпатрон второго образца применялся для поражения советских танков Т-34.

Фердинанд

Фердинанд – штурмовое орудие, созданное на базе Pz.Kpfw.IV и VK4501, оснащенное длинноствольной противотанковой 88-мм пушкой РаК-43 фирмы «Rheinmetall-Borsig». Разработкой этого оружия занимался почетный доктор технических наук Фердинанд Порше. Для ускоренного создания штурмового орудия готовые и находящиеся в сборке шасси танков «Тигр», количеством 92, были переданы конструкторскому бюро Порше. Также к новому оружию применяется опыт создания экспериментальных самоходных орудий Sfl. V со 1428-мм орудиями.

Боевое отделение находилось сзади, изготавливалось цельнобронированным и достаточно просторным. Конструкторское бюро Порше совместно с компанией «Alkett» создают схему перевода готовых танковых шасси и корпусов в самоходную конструкцию. В проекте предусматривается установка в лобовом листе рубки курсового оборонительного пулемета, который в готовом фердинанде не был внедрен. Листы дополнительного бронирования при производстве также были установлены не по конструкторскому решению, без наклона. Штурмовые орудия выглядели как очень большие русские печи с лежанками, что сильно отличалось от ранее созданных немецких танков. САУ Фердинанд представляли собой совокупность мощного орудия с очень толстой броней, что показывало его прекрасные штурмовые характеристики. Название было присвоено в 1943 г., в честь его конструктора Порше.

Боевая рубка создана из листов цементованной брони, в лобовой части 200 мм, на бортах и корме 85 мм. Листы скреплялись «в шип», в местах, требующих усиленного соединения, закреплялись шпонками, которые для усиления герметизации обваривались. Бортовые и кормовые бронированные листы рубки располагаются с определенным наклоном для повышения устойчивости фердинанда к снарядам. Толщина брони позволяла штурмовому орудию считаться практически неуязвимым для огня противника, производимого на дальность, превышающую 400-метровый рубеж. Для стрельбы из личного оружия были предусмотрены амбразуры в бортах и корме боевой рубки, однако при сдвигании огня в сторону мушка пистолета или пистолета-пулемета становилась недосягаемой для человеческого глаза. Кормовая часть рубки оснащается круглой бронедверью-люком, выполняющей функции по загрузке орудия, по демонтажу вышедшего из строя неисправного орудия и как аварийный люк. Для создания силовой установки были задействованы два бензиновых двигателя HL 120TRM компании «Maybach». Выведение выхлопных газов было предусмотрено сквозь крыши надгусеничных ниш в местонахождении пятого опорного катка, создавая его повышенный нагрев, что приводит к быстрому испарению смазки из его подшипников и перегреву резиновых бандажей. Электротрансмиссия представляет собой соединение двух генераторов «Bosch», двух электромоторов постоянного тока. Генератор включается в цепь при помощи коммутаторов, цепь составляется параллельно или последовательно. Электромоторы располагаются в цепи исключительно последовательно. Электрогенераторы находятся непосредственно на двигателях, с прямым соединением их валов. Тяговые электродвигатели устанавливаются в корме корпуса, приводя в движение определенное колесо посредством понижающего редуктора. Также конструкция включает электрогенератор для освещения и вспомогательных электроцепей, два стартера «Bosch», четыре аккумуляторные батареи. Фердинанд управлялся в результате трансформирования скорости и направления вращения тяговых электромоторов, как прямое действие контроллера, тормозов, педали акселератора. Характерной особенностью ходовой части является наличие торсионов, установленных в тележке, зафиксированной продольно вне корпуса, конструктивное решение разрабатывалось с учетом возможности проведения ее ремонта на месте. Опорные катки представляли собой резиновые бандажи, которые устанавливаются во внутренней части колеса, работа резины ориентирована на сдвиг, увеличивая срок ее эксплуатации. Фердинанд оснащался мощнейшим орудием того времени – 88-мм орудием StuK 43, с длиной ствола 71-мм калибра; располагалось оно в лобовой части рубки в специальной шаровой маске. Бронирование маски было разработано неудовлетворительно, позволяя мелким осколкам и брызгам от свинцовых пуль проникать в щели, образуемые между телом орудия и обоймой. Для устранения недостатков бронировки летом 1943 г. конструкция была обеспечена дополнительными щитками, за исключением штабных и резервных машин. Боекомплект состоял из унитарных бронебойных подкалиберных или бризантных снарядов, осколочно-фугасных гранат раздельного заряжания. Осенью 1943 г. боекомплект был дополнен наиболее надежными специальными гильзовыми зарядами с измененной крышкой.

Завод-изготовитель произвел следующие усовершенствования: было прорезано отверстие для оборонительного пулемета MG-34 в шаровой установке, которая находится в лобовом листе корпуса перед местом радиста; введен щиток на стволе орудия в положении «задом наперед»; также установлена наблюдательная башенка для командира; сменили полюса на генераторе, предназначенном для освещения; модернизирована герметизация выхлопных патрубков. Название «Фердинанд» было заменено на «Элефант» по приказу от 27 февраля 1944 г. На основе фердинанда также был создана ремонтно-эвакуационная машина.

Характеристики. Вес САУ в укомплектованном состоянии составляет 65 000 кг; экипаж состоит из шести человек; длина – 8,14 м; ширина – 3,38 м; высота – 2,97 м; мощность двигателя «Maybach» HL 120 TRM – 2 × 265 л. с.; вооружение – 88-мм орудие StuK 43 (РаК-43/41), пулемет 7,92 мм MG-34; боекомплект – 55 выстрелов.

В начале 1943 г. корпуса и шасси производятся на «Nibelungenwerke». Фердинанды отправлялись на фронт непосредственно с завода, без испытаний. К июлю этого же года было изготовлено 90 САУ Фердинанд.

Весной 1943 г. первые штурмовые орудия использовались на фронте, поступая в созданные истребительно-противотанковые батальоны 653 и 654 полка штурмовых орудий 656. Первое боевое крещение фердинанда произошло в сражении 5 июля 1943 г. на Орловско-Курской дуге. Высокие потери в бою в районе ст. Поныри и пос. Теплое стали результатом некомпетентного командования. САУ Фердинанд разрабатывались для поражения тяжелых и средних танков Красной Армии, расположенных на больших дистанциях. В бою они использовались как передовой броневой щит для тарана танков противника и инженерных заграждений. В феврале 1944 г. первая рота 653-го батальона отправлена в Италию для участия в сражениях под Неттуно.

В мае-июне 1944 г. переводятся в Рим. 18 июня 1944 г. обе роты 653-го батальона были направлены в Галицию. Последние бои фердинандов относятся к 20—25 апреля 1945 г. в Вюнсдорфе и Цоссне. В музее бронетанкового вооружения и техники в Кубинке находится экспонат Фердинанда, который был в Курской битве захвачен советскими войсками, второй САУ Фердинанд / Элефант находится в музее Абердинского полигона в США (был захвачен в Италии в сражении под Анцио).

Шкас

Шкас – авиационный скорострельный пулемет Шпитального и Комарицкого, который был сконструирован в 1932 г. конструкторским бюро Б. Г. Шпитального. Калибр пулемета – 7,62 мм, вес – 10 кг, скорострельность достигала 1800 выстрелов в минуту, что превышало примерно в полтора раза остальные скорострельные аналоги.

Швак

Швак – авиационная крупнокалиберная пушка 1936 г. Шпитального и Владимирова, которая была разработана на конструкторских решениях пулемета ШКАС, первое использование состоялось в 1939 г. на Халхин-Голе. Калибр – 20 мм, вес орудия – 42 кг, скорострельность – 800 выстрелов в минуту.

Шнеппер

Шнеппер – арбалет легкого типа с длинной ложей, изогнутой формы между спуском и луком.

Шнеппер типа «Черный питон» производит стрельбу стрелами, стальными дротиками, шариками диаметром 8 мм. Конструкция лука разработана на основе системы полиспаста, приклад изготовлен из ударопрочного пластика, цевье оснащено неопреновой вставкой, позволяющей стрелку работать зимой без примерзания рук к шнепперу, корпус производится из стали, плечи разработаны из композита, тип взвода стременной; в конструкции предусмотрено обеспечение диоптрическим прицелом и подствольным ЛЦУ, также в комплект входит обойма – направляющая для стрельбы шариками, ключ для сборки. Крепление прицела осуществляется по типу «ласточкин хвост» и составляет 11 мм. Также шнеппер может дополнительно снабжаться оптическим и коллиматорным прицелами либо подствольным гранатометом. Является практичным и удобным в обращении.

Характеристики. Длина шнеппера – 90 см; высота – 20 см; ширина – 60 см; вес оружия – 4,4 кг; сила натяжения – 20 кг; прочность замка – 65 кг.

Шрапнель

Шрапнель, или картечная граната, – снаряд, полученный английским артиллеристом Шрапнелем в результате доработки разрывного снаряда. Этот вид снаряда наделен очень большой поражающей способностью уничтожения живой силы противника. Экспериментальной составляющей шрапнели стало начинение гранаты пулями и разрывным зарядом, оснащение взрывателем в виде деревянной трубки с пороховым составом, что в конечном счете способствовало значительному повышению дальности поражающего действия этого снаряда.

Штуцер

Штуцер – кремневое или капсюльное ружье, ствол которого нарезной, а иногда укороченный. Во второй половине XVIII в. штуцер был широко распространен среди егерей. В дальнейшем, в первой половине XIX в., штуцер стал использоваться в качестве охотничьего оружия крупного калибра.

Глава 2 Химическое, ракетное и другое оружие

Адамсит

Адамсит – отравляющее вещество раздражающего действия.

Дигидрофенарсазинхлорид

Кристаллическое вещество светложелтого или темно-зеленого цвета, почти без запаха. Плотность паров по воздуху 9,6. Температура плавления 190 °С. Температура кипения 410 °С. В воде практически нерастворим, при нагревании растворяется в органических растворителях.

Применяется в виде аэрозоля (дыма).

Средневыводящая концентрация 0,002—0,005 мг/л, пороговая 0,0001 мг/л.

Вдыхание дыма уже через 5—10 с вызывает сильное раздражение носоглотки, сопровождающееся выделением слизи из носа, слюнотечением, чиханием и кашлем. Через некоторое время появляются резкое жжение и боль в грудной клетке, рвота. После прекращения вдыхания потеря работоспособности длится 25—40 мин, общая продолжительность воздействия доходит до 1—2 ч. В небольших концентрациях адамсит не опасен для здоровья человека. На животных практически не влияет.

Дым адамсита воду не заражает, но при попадании бомб или снарядов с веществом в водоем вода может быть отравленной на продолжительный срок. Продукты загрязняются незначительно, только с поверхности.

Отравляющее вещество обнаруживается по раздражающему действию на слизистые оболочки.

Полностью от ядовитого дыма защищает противогаз.

Вещество было получено в 1915 г. в Германии, а позже, в 1918 г., в США военным химиком Адамсом. Применялся в конце Первой мировой войны и войсками США во Вьетнаме.

Акустическая бомба

Акустическая бомба – снаряд, который при взрыве производит звуковые волны низкой частоты, разрушающие несущие конструкции зданий, а у человека вызывающие очень сильную тошноту.

Кроме этого, расслабляюще влияет на желудочно-кишечный тракт, раздражающе – на вестибулярный аппарат, нарушает координацию движений человека, не позволяя ему устоять на ногах.

Атомное оружие

(см. «Ядерное оружие»)

Бактериологическое оружие

Бактериологическое (биологическое) оружие – болезнетворные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки, риккетсии) и вырабатываемые ими токсины, предназначенные для поражения людей, животных, сельскохозяйственных растений, продуктов питания, источников водоснабжения, используемые с помощью живых переносчиков заболевания или в виде суспензий и порошков в боеприпасах и боевых приборах со средствами доставки. Относится к оружию массового поражения.

К его характерным особенностям относят:

  1) высокую эффективность при использовании даже в малых дозах;

  2) продолжительность действия, измеряемую неделями и месяцами;

  3) наличие инкубационного (скрытого) периода действия;

  4) трудность обнаружения;

  5) дешевизну производства;

  6) способность проникать в негерметичные помещения в случае применения в виде аэрозоля.

Выделяют 4 пути проникновения патогенных микробов и токсинов в организм:

  1) аэрогенный, или респираторный путь – с воздухом через дыхательные пути;

  2) алиментарный путь – через пищеварительную систему с пищей и водой;

  3) трансмиссивный путь – через кожные покровы в результате укусов зараженными кровососущими членистоногими;

  4) проникновение через слизистые оболочки глаз, носа, рта, а также через травмированную кожу.

Возможны следующие способы массового поражения:

  1) аэрозольный способ – заражение приземного слоя тропосферы частицами аэрозоля путем распыления биологических средств;

  2) трансмиссивный способ – рассеивание в районе желаемого заражения искусственно зараженных кровососущих переносчиков;

  3) диверсионный способ – заражение биологическими агентами воды и воздуха в замкнутых объемах с помощью диверсионного снаряжения.

Признаками применения бактериологического оружия могут быть:

  1) сбрасывание с самолетов каких-либо предметов, наличие в местах падения большого количества грызунов, насекомых или клещей;

  2) глухие разрывы снарядов (мин) и наличие в месте разрыва порошкообразных веществ либо капель жидкости на земле и растениях;

  3) заболевание и падеж животных, скопление насекомых, не характерных для данной местности.

В 1364 г. татары забрасывали в крепость Кафа трупы умерших от чумы людей с помощью метательных приспособлений. В 1763 г. через заражение оспой одеяла среди индейцев была распространена натуральная оспа. В Первую мировую войну Германия пыталась применить бактериологическое оружие путем заражения лошадей возбудителем сапа. Во Второй мировой войне готовились применить оружие Германия и Япония. В 1952 г. средства применены американцами против Кореи. Использование оружия запрещено Женевским протоколом (1925) и Конвенцией ООН (1972).

Баллистическая ракета

Баллистическая ракета – ракета, полет которой происходит по траектории свободно брошенного тела, т. е. по баллистической траектории.

Баллистическая ракета.

Баллистическая ракета не имеет крыльев и для обеспечения аэродинамической устойчивости в полете снабжается стабилизаторами.

К баллистическим ракетам относятся боевые ракеты различного назначения, включая межконтинентальные (с дальностью полета свыше 5500 км), ракеты – носители космических аппаратов. Они бывают одно– и многоступенчатыми и неуправляемыми.

Первые баллистические ракеты «ФАУ-2» в конце Второй мировой войны были применены Германией. Современные межконтинентальные баллистические ракеты имеют дальность полета свыше 11 500 км (американский «Минитмен» – 11 500 км, «Титан» – около 11 000 км). Их пуск осуществляют с наземных (шахтных) установок или с подводных лодок как с подводного, так и с надводного положения. Межконтинентальные баллистические ракеты выполняются многоступенчатыми, с жидкостными и твердотопливными двигательными установками, могут оснащаться моно– или многозарядными ядерными головками. Новейшая разработка российского ВПК – баллистическая ракета «Тополь-М», созданная на основе модернизации межконтинентальной баллистической ракеты РС-12М. Твердотопливный двигатель позволяет ракете уже на начальном этапе развивать большую скорость, она неуязвима для боевых лазеров, установленных на самолетах. Кроме этого, ракета несет три боеголовки и одновременно отстреливает несколько ложных. Все вышеперечисленное делает «Тополь-М» практически неуязвимым для системы ПРО.

Би-газ

Би-газ – VX (Ви-икс) – отравляющее вещество нервно-паралитического действия.

Бесцветная, слаболетучая жидкость, не имеющая запаха. Температура плавления 38,9 °С. Температура кипения 300 °С. В воде растворяется слабо (1—5%). Хорошо растворяется в органических растворителях.

Используется в виде аэрозоля.

Условно-летальная токсическая доза через органы дыхания – 0,01 мг мин/л, кожу – 0,09 мг/кг, желудочно-кишечный тракт – 0,07 мг/кг.

Отравляющее вещество имеет малый скрытый период действия. При поражении появляются судороги, обусловленные расстройством центральной нервной системы, расстройство дыхания. Появляются миоз (сужение зрачков), боли в области глаз и слезотечение. Смерть наступает от остановки дыхания.

Попадая на пищевые продукты, заражает их поверхностный слой, воду отравляет.

Защититься можно, используя одновременно с противогазом индивидуальные средства защиты кожи.

Сведения появились в начале 1950-х гг. Это одно из современных высокотоксичных летальных отравляющих веществ. VX является основным отравляющим веществом, стоящим на вооружении в армиях США и Великобритании.

Би-зет

Би-зет (BZ) – отравляющее вещество психогенного действия.

Кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления 190 °С. Температура кипения 322 °С. В воде не растворяется. В боевое состояние приводится способом термической возгонки с помощью генераторов аэрозолей.

Средневыводящая токсическая доза 0,011 мг × мин/л, пороговая – 0,05 мг × мин/л.

Оказывает поражение через органы дыхания или пищеварения. Скрытый период действия 0,5—3 ч (в зависимости от дозы). Нарушается функция вестибулярного аппарата, открывается рвота. В течение следующих 8 ч появляются оцепенение, заторможенность речи, затем зрительные и эмоциональные галлюцинации и общее возбуждение, продолжающееся около суток.

От отравляющего аэрозоля полностью защищает противогаз.

Бомба

Бомба (от греч. bombos – «шум», «грохот»).

Бомба.

1. Устаревшее название артиллерийского снаряда осколочно-фугасного действия массой свыше 1 пуда (16 кг).

  2. Авиационная бомба, вид авиационных боеприпасов. Существуют ядерные (водородная бомба, ядерная бомба), фугасные, осколочные, бронебойные, противотанковые, противолодочные и другие бомбы.

  3. Глубинная бомба – снаряд, применяемый для поражения подводных лодок, донных и якорных мин. Подразделяются на авиационные и корабельные.

  4. Осколочный снаряд, используемый для стрельбы из бомбометов во время Первой мировой войны.

  5. Изготовленный кустарным способом снаряд для диверсионных и террористических целей.

Водородная бомба

Водородная бомба – термоядерное оружие (ядерная бомба) большой разрушительной силы, в котором в качестве заряда (ядерного взрывчатого вещества) применяют изотопы водорода – дейтерий и тритий.

Устроена водородная бомба таким образом: рядом с водородным зарядом, содержащим тяжелый (дейтерий) и сверхтяжелый (тритий) водород, находятся на некотором отдалении друг от друга два полушария из плутония или урана (атомный заряд). Для их сближения используются обычные заряды (из тротила). Взрываясь одновременно, тротиловые заряды сближают полушария. В момент их контакта происходит взрыв и создаются условия для протекания термоядерной реакции, а значит, происходит и взрыв водородного заряда. Следовательно, реакция взрыва водородной бомбы проходит две фазы: первая – деление плутония либо урана, вторая – реакция синтеза ядра гелия и свободных нейтронов. В трехфазной бомбе оболочку изготавливают из природного урана. В данном случае реакция будет проходить три фазы: первая – деление, вторая – термоядерная реакция и третья – реакция деления природного урана-238. Деление его ядер будут вызывать нейтроны, выделяющиеся при реакции синтеза.

Первый термоядерный заряд мощностью 3 Мт взорван в США в 1952 г. В СССР термоядерная бомба впервые испытана в 1953 г.

Воспламенительные составы

Воспламенительные составы – специальные вещества, развивающие при горении очень высокую температуру, в результате чего возникают пожары; служат наполнителями для зажигательных авиабомб.

Для снаряжения зажигательных авиабомб используются следующие воспламенительные составы: термит, электроп, фосфор, напалм, пирогель, жидкие нефтепродукты.

Термит – смесь порошков алюминия и оксида железа. Температура воспламенения достигает 1200 °С, температура горения 2500 °С. Данный состав может гореть без доступа воздуха (кислорода), так как необходимый для этого кислород имеется в окиси железа.

Электроп – сплав алюминия и магния с примесями меди, кремния, марганца. Температура горения 3000 °С. Горение данной смеси может происходить только при достаточном доступе воздуха (кислорода).

Фосфор (белый или желтый) – твердое вещество, способное на воздухе самовозгораться. При горении фосфора температура достигает 900 °С. Горение сопровождается выделением густого дыма белого цвета. Фосфор чаще добавляют к другим зажигательным смесям для их воспламенения.

Напалм – липкая желеобразная масса желтого цвета, пахнущая бензином. Для его приготовления в бензин добавляют загустители (так называемое алюминиевое мыло – смесь алюминиевых солей органических кислот). Напалм характеризуется большой липкостью. При взрыве напалмовой бомбы сгустки горящей смеси прилипают к вертикальным поверхностям и прочно на них удерживаются. Температура горения напалма 800—1000 °С. При горении выделяется густой черный дым.

Пирогель – липкая масса серого цвета консистенции густого теста. В состав в основном входит сгущенный бензин, в который для более интенсивного горения добавляется смесь, состоящая из магния, оксида магния, нефти и асфальта. При горении пирогеля температура поднимается до 1000—1100 °С. Горение сопровождается густым черным дымом.

Жидкие нефтепродукты – нефть, керосин, бензин, мазут и другие, при горении которых температура достигает 900—1100 °С. Горение сопровождается черным дымом. Жидкие воспламенительные смеси применяются для поджога легковоспламеняющихся предметов, деревянных зданий, лесов.

Газомет

Газомет – химическое оружие, предназначенное для стрельбы минами с целью отравления нижних слоев тропосферы высокой концентрацией отравляющих веществ.

Газомет представляет собой короткий ствол диаметром 18—20 см, установленный на опорной плите. Стрельба велась минами, которые содержали от 9 до 27 кг отравляющих веществ типа фосгена, хлорпикрина, иприта и др. Стрельба производилась залпами до 1000 мин на дистанцию до 1,5 км. Одновременность залпа достигалась подрывом пороховых зарядов с помощью электрического тока.

Впервые газомет был применен английскими войсками в 1917 г. В дальнейшем использовался во время Первой мировой войны.

Головка самонаведения

Головка самонаведения – автоматическое устройство, которое устанавливается на управляемое средство поражения для того, чтобы обеспечить высокую точность наведения на цель.

Главными частями головки самонаведения являются: координатор с приемником (а иногда и с излучателем энергии) и электронно-вычислительное устройство. Координатор осуществляет поиск, захват и сопровождение цели. Электронно-вычислительное устройство обрабатывает полученную от координатора информацию и передает сигналы, которые управляют координатором и движением управляемого средства поражения.

По принципу действия различают следующие головки самонаведения:

  1) пассивные – принимающие излучаемую целью энергию;

  2) полуактивные – реагирующие на отраженную целью энергию, которую излучает какой-нибудь внешний источник;

  3) активные – принимающие отраженную от цели энергию, которую излучает сама головка самонаведения.

По виду принимаемых энергий головки самонаведения подразделяются на радиолокационные, оптические, акустические.

Акустическая головка самонаведения функционирует, используя слышимый звук и ультразвук. Наиболее эффективно ее применение в воде, где звуковые волны затухают медленнее, чем электромагнитные. Головки данного типа устанавливают на управляемых средствах поражения морских целей (например, акустических торпедах).

Оптическая головка самонаведения работает, используя электромагнитные волны оптического диапазона. Устанавливаются на управляемых средствах поражения наземных, воздушных и морских целей. Наводка осуществляется по источнику инфракрасного излучения либо по отраженной энергии лазерного луча. На управляемых средствах поражения наземных целей, относящихся к неконтрастным, применяют пассивные оптические головки самонаведения, которые функционируют по оптическому изображению местности.

Радиолокационные головки самонаведения работают с использованием электромагнитных волн радиодиапазона. Активные, полуактивные и пассивные радиолокационные головки используются на управляемых средствах поражения наземных, воздушных и морских целей-объектов. На управляемых средствах поражения неконтрастных наземных целей находят применение активные головки самонаведения, которые работают по отраженным от местности радиосигналам, или пассивные, которые функционируют по радиотепловому излучению местности.

Горчичный газ

(см. «Иприт»)

Греческий огонь

Греческий огонь – зажигательная смесь, которая предположительно состояла из смолы, серы, селитры, нефти, горючих масел и других веществ. Пламя греческого огня не гасилось водой.

Для метания этой горючей смеси использовались бочки, глиняные и стеклянные сосуды, медные трубы. Последние, например, устанавливались на бортах и носу корабля, с их помощью зажигательная смесь выбрасывалась для поджигания деревянных кораблей противника.

Греческий огонь использовался при осаде крепостей и в морских боях. На море впервые его применили греки в 673 г., получив секрет его изготовления от арабов, владевших пиротехническими составами тех времен, позаимствовавших знания в свою очередь от китайцев.

Греками был уничтожен арабский же флот при осаде Константинополя в битве при Казине. В Лаврентьевской летописи встречается упоминание о метании огня с помощью труб во время похода князя Игоря на город Царьград. В военном деле греческий огонь применялся до середины XIV в.

Духовое оружие

– устаревшее название (см. «Пневматическое оружие»).

Духовое ружье

Духовое ружье – древнее примитивное оружие (духовая трубка), предназначавшееся в основном для охоты на птиц, но использовалось и как военное оружие.

Духовое ружье представляет собой трубку длиной от 1,5 до 3 м, чаще вложенную еще в одну трубу большего диаметра. Стрелы, отравленные ядом растительного или животного происхождения, выбрасываются из трубки под давлением воздуха, который вдувает стрелок или охотник в противоположный конец трубки. Стрелы при полете могут покрывать расстояние до 30—40 м.

Духовые трубки и в настоящее время используются некоторыми народами в глубине островов Юго-Восточной Азии (сумпитаи), племенами индейцев в тропических лесах Южной Америки и полуострова Малакки (сарбакаи). В прошлом духовые ружья имели более широкое распространение. Например, они были известны ирокезам, проживавшим на территории Северной Америки. В устном народном творчестве народов Западной Сибири и Урала также есть упоминание об использовании ими духовых ружей.

Зарин

Зарин – отравляющее вещество нервно-паралитического действия, по токсичности приближается к самым ядовитым веществам.

Фторангидрид изопропилового эфира метилфосфорной кислоты.

Жидкость желтоватого цвета или бесцветная, не имеющая запаха. Плотность паров по воздуху 4,5. Температура кипения 151,5 °С. Температура плавления 57 °С. Хорошо смешивается во всех пропорциях с водой и органическими растворителями.

Применяется в капельно-жидком виде – в виде пара и неоседающего аэрозоля (тумана).

Условная летальная токсическая доза 0,1 мг мин/л, пороговая 0,001 мг мин/л.

Отравление происходит при вдыхании паров и путем проникновения в капельно-жидком виде через кожу или через органы пищеварения. Признаки поражения наступают без периода скрытого действия. Зарину присуще при всех путях попадания в организм кумулятивное действие (накопление в организме). Первым признаком отравления является сильный миоз (сужение зрачков), приводящий к расстройству зрения, возможна его полная потеря. При тяжелом поражении в первые минуты наступает затруднение дыхания, появляется рвота, судорожно сокращаются и дрожат отдельные мышцы. Смерть наступает от остановки сердечной деятельности и дыхания.

Воду и пищевые продукты зарин делает непригодными для употребления, легко проникает в пористые материалы – одежду, кожу, дерево.

От отравляющего вещества полностью защищают противогаз и индивидуальные средства защиты кожи при условии одновременного использования. Для дегазации предметов и местности можно использовать растворы щелочей (растворы мыла, гашеной извести, аммиачной воды, золы).

Заряд

Заряд – определенное количество взрывчатого вещества (гексогена, тротила, пороха, других конденсированных взрывчатых веществ, твердого ракетного топлива, ядерного горючего), которое обычно снабжается или инициатором взрыва, или средством воспламенения.

Заряды подразделяют на вышибные, метательные, подрывные, разрывные, ракетные твердотопливные и ядерные.

Вышибной заряд – определенная навеска пороха, которая размещается в корпусе агитационных, зажигательных, кассетных, осветительных и других выбрасываемых боеприпасов, снаряженных таким образом, чтобы корпус остался без разрушения. Может также размещаться в выпрыгивающей инженерной мине – для ее выбрасывания на определенную необходимую высоту.

Заряд разминирования – подрывной заряд, по форме может быть удлиненным, плоским или сосредоточенным, конструктивно объединяется со взрывным устройством. Заряд данного вида может изготавливаться непосредственно на месте взрыва как из жидких взрывчатых веществ, так и путем создания объемно-детонирующих смесей. Заряд разминирования используют для проделывания проходов в минных полях взрывным способом.

Контактный заряд – подрывной заряд, по форме может быть сосредоточенным, удлиненным, плоским или фигурным. Называется так потому, что его устанавливают так, что он одной или обеими сторонами находится в непосредственном контакте с объектом, который он должен разрушить.

Кумулятивный заряд – подрывной заряд, который имеет специальную кумулятивную выемку с металлической облицовкой. По своей форме заряд такого типа может быть кольцевым, сосредоточенным и удлиненным. Кольцевой кумулятивный заряд служит для перебивания стальных канатов (тросов) и стержней. Сосредоточенный кумулятивный заряд имеет коническую, параболическую или полусферическую выемку и достаточно широко используется для пробивания отверстий разной величины в каких-либо преградах. Удлиненный кумулятивный заряд может иметь остроугольную, прямоугольную или полуцилиндрическую кумулятивную выемку и применяется как для перерезания стальных и железобетонных конструкций, так и для образования отверстий в них по заданному контуру.

Метательный заряд – навеска пороха, используемая для выбрасывания с изначально заданной скоростью из канала ствола оружия артиллерийского снаряда (мины, пули). Метательные заряды размещаются в гильзах или картузах, они могут быть постоянными и переменными – если необходимо изменить начальную скорость полета снаряда, дальность стрельбы, характер траектории полета. Также они подразделяются на боевые, холостые и специального назначения.

Неконтактный заряд – подрывной заряд, который крепится на объект, предназначенный для разрушения без непосредственного контакта с ним. Обычно используется для уничтожения или разрушения деревянных, бетонных и железобетонных мостов и других объектов, когда практически нет времени для установления контактных зарядов.

Плоский заряд – подрывной заряд, имеющий вид пластины, которая состоит из взрывчатого вещества. Длина и ширина данного слоя во много раз превышают его толщину. Для изготовления заряда используются пастообразные, эластичные или жидкие взрывчатые вещества. Заряд используется для проделывания проходов в минных полях.

Подрывной заряд – навеска взрывчатого вещества, определенным образом подготовленная для осуществления взрыва; вид боеприпаса, относящегося к инженерным. Подрывной заряд имеет оболочку, специальные гнезда, служащие для размещения средств взрывания, устройства для транспортировки и приспособления для крепления заряда на объектах. По своей форме подрывной заряд может быть сосредоточенным, плоским, кольцевым, удлиненным и фигурным. По установке на объектах, предназначенных для разрушения, заряды делят на контактные и неконтактные, а по характеру воздействия на объект – фугасные или кумулятивные. В войска поступает из промышленности в готовом виде, но может быть при необходимости изготовлен на месте.

Разрывной заряд – бризантное взрывчатое вещество, которое размещается непосредственно в корпусе снаряда – мины, торпеды или авиабомбы. Разрывной заряд предназначен для осуществления такого взрыва, в результате которого произойдет разрушение корпуса боеприпаса, возникнет ударная волна, будут образовываться осколки, происходить распыление отравляющих веществ или биологических агентов.

Ракетный твердотопливный заряд представляет собой один или несколько блоков (шашек), изготовленных из твердого ракетного топлива, размещается непосредственно в камере ракетного двигателя. При сгорании шашек в результате истечения через сопло двигателя образовавшихся при этом газов возникает реактивная тяга.

Сосредоточенный заряд – подрывной заряд, длина, высота и ширина которого приблизительно равны. Типичными примерами сосредоточенных зарядов считаются кубические и сферические заряды. Можно к ним причислить заряды иных форм при условии, если их длина не будет превышать наименьшего поперечного размера более чем в 5 раз. Используются сосредоточенные заряды для производства взрывных работ в воздухе, воде и грунте.

Удлиненный заряд – подрывной заряд, длина которого в 5 раз или более превышает наименьший поперечный размер. Данные заряды могут быть кумулятивными и фугасными. Кумулятивный удлиненный заряд используется для разрушения конструкций из металла и железобетона, фугасный – для разрушения объектов как из металла, железобетона, так и из дерева, а также для подрывания грунта, расчистки проходов через минные поля, в проволочных и других преградах.

Фигурный заряд – подрывной заряд, который изготавливают из шашек пластичного или эластичного взрывчатого вещества, располагаемых строго по контуру фигурного элемента той конструкции, для перебивания которой он и предназначается.

Зоман

Зоман – отравляющее вещество нервно-паралитического действия, токсичнее зарина в 3 раза.

Фторангидрид пинаколинового эфира метилфосфорной кислоты.

Бесцветная жидкость со слабым запахом канифоли. Пары тяжелее воздуха в 6 раз. Температура кипения 190 °С, плавления 80 °С. В воде практически не растворяется, а в органических растворителях растворим хорошо.

Применяется в капельно-жидком виде – в виде пара или тумана.

Условная летальная токсическая доза при действии через органы дыхания – 0,05 мг мин/л, через кожу – 1,4 мг/кг, через желудочно-кишечный тракт – 0,14 мг/кг.

Зоман поражает человека при всех путях попадания в организм: через органы дыхания, пищеварения, кожные покровы. Признаки поражения появляются практически сразу же после отравления. Обладает кумулятивным действием (накапливаются в организме). Вызывает сильный миоз (сужение зрачков), светобоязнь, возможна полная потеря зрения.

При попадании в организм с пищей или водой признаки поражения возникают через 20—30 мин: появляются рвота, понос, угнетение и вялость. Затем наступают затруднение дыхания, боль в груди, дрожание и судороги мышц. Смерть наступает от остановки дыхания и сердечной деятельности.

Воду и продукты питания зоман делает непригодными к употреблению.

Полностью защититься можно только используя одновременно с противогазом индивидуальные средства защиты кожи.

Впервые зоман был получен в Германии в 1944 г., однако в промышленных масштабах не производился. В США рассматривается в качестве боевого отравляющего вещества, несмотря на то что в настоящее время химических боеприпасов с данным веществом нет.

Иприт

Иприт (горчичный газ) – отравляющее вещество кожно-нарывного действия.

Дихлордиэтилсульфид.

Химически чистый иприт представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, технический иприт – темно-коричневую маслянистую жидкость с запахом, напоминающим запах горчицы или чеснока. Плотность паров по воздуху 5,5. Пары бесцветны. Температура кипения чистого иприта 27 °С, технического – 227 °С. Температура плавления соответственно 14,5 и 5 °С, поэтому зимой иприт применяется в смесях с другими отравляющими веществами, которые понижают температуру плавления (затвердевания), или с растворителями. В воде растворяется плохо, но хорошо в органических растворителях: бензине, керосине, нефти, некоторых маслах.

Применяется в капельно-жидком виде (пар или туман).

Условная летальная токсическая доза при условии воздействия газа через органы дыхания 1,5 мг мин/л, через кожу 70 мг/кг.

Иприт поражает через органы дыхания, кожу и желудочно-кишечный тракт, обладает периодом скрытого действия и кумулятивным эффектом (эффектом накапливания). Первые признаки поражения ипритом при воздействии на кожу появляются через 4—8 ч и выражаются в покраснении и припухании кожи, появлении зуда и жжения. Через 24 ч образуются пузыри, которые затем лопаются и на их месте через 2—3 суток образуются язвы, заживающие около 30 суток. Если поражаются глаза, через 2—4 ч припухают веки, появляется светобоязнь, начинаются выделения из глаз и ухудшается зрение вплоть до возможной его полной потери. При поражении дыхательных путей признаки поражения появляются через 4—12 ч и выражаются в сухом кашле, насморке, потере голоса. В дальнейшем возникает токсический отек легких. При попадании в желудок через 30—60 мин в животе появляются резкие боли, слюнотечение, потом открывается рвота, к концу первых суток – понос с кровью. Такое поражение имеет летальный исход.

Капельно-жидкий иприт заражает воду в стоячих водоемах и водохранилищах на срок 2—3 месяца. При попадании на продукты заражает не только поверхностный слой, но и некоторые из них (жиры, масла) делает непригодными к употреблению полностью. Иприт легко впитывается в дерево, ткани, резину, во все пористые материалы.

На зараженной местности иприт может быть обнаружен по темно-маслянистым пятнам на растениях или на снегу; по увяданию и изменению цвета растений через сутки после заражения или с помощью приборов химической разведки (индикаторных трубок).

Для защиты используются противогаз и индивидуальные средства защиты кожи. Для дегазации (обезвреживания) используются хлорактивные соединения.

Иприт применялся во время Первой мировой войны (с 1917). Некоторые военные специалисты считают, что перегнанный иприт до сих пор не потерял своего значения как отравляющее вещество и состоит на вооружении.

Крылатая ракета

Крылатая ракета – беспилотный управляемый летательный аппарат, имеющий несущие поверхности (крылья), которые при полете в атмосфере создают аэродинамическую подъемную силу. На крылатых ракетах используются двигатели или ракетные (жидкостные, твердотопливные), или воздушно-реактивные (прямоточные, турбореактивные, пульсирующие). Состоят на вооружении армий многих государств.

Крылатая ракета имеет длину около 6 м, размах крыла 2,54 м, диаметр корпуса 0,53 м. Крылатые ракеты могут выполняться по самостоятельной схеме с плоским крылом (они будут маломаневренными, иметь дозвуковую скорость и совершать полет на небольших высотах) или с крестообразным крылом и оперением (это уже высокоманевренные, служащие для поражения подвижных целей). Вместо боевой части, мощность которой варьируется, на крылатых ракетах может быть установлена аппаратура разведки или размещен электроп противодействия. Их запуск может осуществляться в любое время суток и при любых метеорологических условиях со специальных пусковых установок:

  1) с атомных подводных лодок и надводных кораблей;

  2) со стратегических бомбардировщиков;

  3) с наземных мобильных пусковых установок.

Современные крылатые ракеты оснащаются комбинированной системой управления, которая включает в себя инерциальную и корреляционную системы, которые обеспечивают высокую точность попадания в цель. Небольшие размеры крылатых ракет, возможность их полета на относительно малых высотах (30 м) с огибанием рельефа местности, слабой поверхностью рассеяния вызывают сложности в борьбе с ними.

К крылатым ракетам относятся авиационные, зенитные, противокорабельные, противолодочные и противотанковые ракеты в стратегическом (стартовая масса до 1225 кг, длительность полета 2500 км, скорость полета 800—900 км/ч, мощность ядерной боевой части 200 кг) и тактическом (дальность полета 500 км, снаряжение боевой части 500 кг, отсутствие дополнительных топливных баков) вариантах.

Впервые крылатые ракеты были применены Германией во время Второй мировой войны под названием «самолет-снаряд “ФАУ-1”». В нашей стране управляемая крылатая ракета была разработана в 1934—1938 гг. под руководством С. П. Королева. Ракета класса «земля – земля» имела жидкий ракетный двигатель, среднерасположенное трапециевидное крыло. Стартовая масса равнялась 210 кг, масса топлива (азотная кислота и керосин) составляла 30 кг, на борту находилось 30 кг полезного груза. Длина ракеты достигала 3 м. Дальность ее полета – около 50 км. Для стабилизации и управления в полете ракета была снабжена гироавтоматом. На старт была выведена с помощью пороховой ракетной катапульты с рельсового пути 29 января 1939 г.

Лакриматоры

Лакриматоры (от лат. lacrima – «слеза») – группа отравляющих веществ, которые при поражении раздражают слизистые оболочки глаз и при этом вызывают сильное, неудержимое слезотечение.

К лакриматорам относятся бромбензилунанид, CS (СиЭс), хлорацетофенол, хлорпикрин.

Отравляющие вещества данной группы широко используются в разных странах с целью разгона демонстраций.

Лакриматоры применяются в виде аэрозоля (дыма).

Защитой от воздействия лакриматоров служит противогаз. Дегазация одежды и продуктов производится обыкновенным проветриванием до полного исчезновения запаха и раздражающего действия.

Люизит

Люизит – отравляющее вещество общеядовитого, раздражающего, кожно-нарывного действия.

β -хлорвинилдихлорарсин.

Химически чистый люизит представляет собой бесцветную жидкость. Технический люизит – тяжелая маслянистая жидкость темно-бурого цвета с сильным неприятным запахом. При небольшой концентрации пары люизита имеют запах, напоминающий запах листьев герани. Плотность паров по отношению к воздуху 7,2. Температура кипения 119 °С. Температура плавления 18 °С, поэтому зимой без растворителей его применяют только при температуре выше 18 °С. В воде не растворяется, хорошо растворим в органических растворителях.

Применяется в капельно-жидком виде (пар или туман).

Непереносимая концентрация, раздражающая верхние дыхательные пути, – 0,02 мг/л, смертельная концентрация при действии через органы дыхания – 0,25 мг/л (15 мин), при попадании на кожные покровы – 25 мг/кг.

Люизит – контактный яд практически без скрытого периода действия. При попадании на кожу потерпевший сразу же ощущает жжение, кожа краснеет, отекает. Через 10—12 ч на месте поражения появляются пузыри. Действие паров также начинается сразу. В глазах и носу появляется резь, которая сопровождается слезотечением, раздражением в горле. Через 2—3 ч развивается отек легких при условии попадания люизита в дыхательные органы. Вдыхание воздуха, содержащего пары в количестве 0,4 мг/л, в течение 5 мин влечет за собой летальный исход. Поражение туманом имеет более тяжелый характер, чем поражение парами люизита.

Вода и пищевые продукты, зараженные люизитом, не годятся к употреблению даже после дегазации. Люизит также способствует появлению ржавчины, а капельно-жидкий вызывает разрушение алюминиевых сплавов.

На местности и в воздухе люизит обнаруживается по внешним признакам и при помощи индикаторных трубок, входящих в приборы химической разведки. В воде, продуктах и материалах определяется лабораторным способом.

Для защиты от люизита используют противогаз и индивидуальные средства защиты кожи. Для дегазации (обезвреживания) используются хлорактивные соединения.

Люизит как отравляющее вещество предложен в конце Первой мировой войны (1917) американским химиком У. Л. Льюисом, но боевого применения не нашел.

Межконтинентальная баллистическая ракета

Межконтинентальная баллистическая ракета – стратегически управляемая баллистическая ракета с дальностью полета от 5500 и свыше 10 000 км. Межконтинентальные баллистические ракеты также находят применение в космонавтике как ракеты-носители.

Межконтинентальные баллистические ракеты бывают одно– и многоступенчатыми, управляемыми и неуправляемыми. Также различаются по пусковым и двигательным установкам (жидкостные и твердотопливные).

Напалм

Напалм (от англ. napalm, сокращенное от naphthenic acid – «нафтеновая кислота» и palmitic acid – «пальмитиновая кислота») – горючая масса, которую применяют в качестве огнеметно-зажигательной смеси, обладающей повышенной вязкостью и прилипающей к различным поверхностям, в том числе и вертикальным, хорошо на них удерживающаяся.

Напалм представляет собой желеобразную смесь жидкого горючего (бензина или керосина) и специального порошка-загустителя (алюминиевых солей органических кислот – нафтеновых, пальмитиновой и других, называемых органическим мылом).

Напалм неспособен самовоспламеняться, но достаточно легко поджигается при помощи какого-либо воспламенителя. Например, в момент удара авиабомбы, начиненной смесью, о преграду срабатывает взрыватель и поджигает вышибной заряд. Под давлением пороховых газов напалм выбрасывается из корпуса бомбы в виде небольших уже горячих сгустков, которые разлетаются на большие площади. Горят эти сгустки 3—5 мин. Температура пламени достигает 800—1000 °С, а если смесь изготовлена на основе полистирола, то до 1600 °С. Смесь горит медленно, выделяя при горении густой, едкий черный дым. При введении в состав сплава легких металлов (натрия и магния) или фосфора образуется так называемый супернапалм, способный самовоспламеняться.

Напалм применялся авиацией США в 1942 г. во Второй мировой войне и во время войн во Вьетнаме и Корее.

Огнемет

Огнемет – оружие, предназначенное для поражения с помощью горящей огнесмеси живой силы противника, как расположенной на открытой местности, так и находящейся в каких-либо полевых сооружениях, бронированных машинах, зданиях и других укрытиях; для поджога автомашин, танков и другой бронетехники и материальных запасов; для создания очагов пожаров в населенных пунктах или в лесах.

Огнеметы подразделяются на механизированные, ранцевые (легкие), реактивные, танковые, тяжелые и фугасные.

Механизированный огнемет смонтирован в куполообразной башне на самоходных шасси, емкости с огнесмесью находятся внутри корпуса машины. Дальность огнеметания достигает 180 м.

Ранцевый огнемет – портативный, переносится солдатом, имеет один или несколько резервуаров для зажигательной смеси, также баллон со сжатым газом или пороховые заряды, служащие для создания давления, которое и будет выбрасывать огнесмесь. Зажигательная смесь прилагается в количестве 15—20 л (на 3—5 отдельных выстрелов). Дальность огнеметания достигает 70 м.

Реактивный огнемет – портативный, переносной, состоит непосредственно из ружья и из неуправляемого реактивного снаряда, в котором и находится зажигательная смесь. Дальность стрельбы достигает 400—800 м.

Танковый огнемет в качестве основного или дополнительного вооружения устанавливается на танке. Емкости с огнесмесью могут размещаться как внутри танка, так и на его корпусе или на прицепе. Дальность огнеметания превышает 200 м.

Тяжелый пехотный огнемет состоит из трех сменных резервуаров-стволов с зажигательной смесью, располагается на двухколесном лафете. Каждый из резервуаров имеет сопло и пороховой заряд для выбрасывания огнесмеси, имеется устройство для ее воспламенения. Выстрел производится электрическим или механическим способом. Масса снаряжения тяжелого пехотного огнемета около 173 кг. На выстрел расходуется 21 л огнесмеси. Дальность огнеметания достигает 180 м.

Фугасный огнемет устанавливается стационарно, зажигательная смесь выбрасывается под давлением пороховых газов. Дальность огнеметания достигает 200 м.

Впервые огнеметы были применены германскими войсками в 1915 г. Более широкое использование нашли во время Второй мировой войны. Например, на некоторые наши танки устанавливались автоматические огнеметы дополнительно к имеющемуся пушечно-пулеметному вооружению. Дальность огнеметания достигала 120 м. Также применялся фугасный огнемет, имевший резервуар с зажигательной смесью объемом 20—30 л, его дальность огнеметания достигала 100—120 м.

Отравляющие вещества

Отравляющие вещества – высокотоксичные (ядовитые) химические соединения, которые обладают определенными физическими и химическими свойствами, делающими возможным их боевое применение в целях поражения живой силы противника, заражения местности и боевой техники. Отравляющие вещества составляют основу химического оружия.

Боевым состоянием называется такое состояние отравляющего вещества, находясь в котором оно способно распространяться на большие расстояния по ветру, проникать в боевую технику, длительное время сохранять поражающие свойства – это капельно-жидкое состояние (пар, туман, аэрозоль), газообразное. До боевого применения отравляющее вещество находится в жидком или твердом состоянии в специальной таре или в химических бомбах, минах, снарядах. При взрыве происходит освобождение от оболочки и отравляющие вещества переходят в боевое состояние. На этот переход и действие их в тропосфере и на местности оказывают свое влияние физико-химические характеристики вещества: вязкость, летучесть, поверхностное натяжение, температуры плавления и кипения, устойчивость к факторам внешней среды. Основными критериями боевой эффективности вещества являются величина поражающей токсической дозы; промежуток времени от момента контакта с веществом до появления признаков поражения, время, в течение которого отравляющее вещество сохраняет свое поражающее действие.

Токсические дозы отравляющих веществ выражаются количеством ядов в единице объема зараженного воздуха. Обычно концентрацию выражают в миллиграммах отравляющего вещества на 1 л или в граммах на 1 м3 воздуха, указывая иногда и время (экспозицию) воздействия. Токсическая доза при воздействии через кожные покровы выражается в миллиграммах на 1 кг веса человека.

Поражение людей и животных может быть вызвано при вдыхании (ингаляция); через кожные покровы прямым попаданием капель (резорбция); с отравляющими пищевыми продуктами и водой через желудочно-кишечный тракт (перорально); через кровь при ранении зараженными осколками или специальными поражающими элементами (микстовые поражения).

По физиологическому действию на организм отравляющие вещества делят на:

  1) нервно-паралитические;

  2) кожно-нарывные;

  3) общеядовитые;

  4) удушающие;

  5) психохимические (психогенные и нейротропные);

  6) раздражающие.

По быстроте появления поражающих признаков различают:

  1) быстродействующие отравляющие вещества, которые не имеют периода скрытого действия, за несколько минут приводят к временному поражению и утрате боеспособности или к летальному исходу;

  2) медленнодействующие, обладающие периодом скрытого действия и приводящие к поражению через некоторый промежуток времени.

По продолжительности сохранения поражающего действия отравляющие вещества подразделяют на:

  1) стойкие, которые, попав на местность, сохраняют свои поражающие свойства в течение длительного времени (летом – от нескольких часов до нескольких дней, зимой – неделями, месяцами);

  2) нестойкие, которые сохраняют свои боевые свойства несколько десятков минут (зимой – несколько часов) после их применения.

В армии существует деление на:

  1) табельные – стоящие на вооружении и производимые в больших количествах;

  2) резервные – не производимые, но при необходимости их могут изготовить в некотором количестве.

Нервно-паралитические – группа фосфорорганических веществ, обладающих выраженным воздействием на нервную систему человека. Типичные представители: Ви-Икс (VX), зарин, зоман, табун. Попадая в организм человека, данные вещества подавляют действие ферментов, которые контролируют передачу нервных импульсов. Особенно страдают при этом дыхательная и сердечно-сосудистая системы. При поражении веществами этой группы появляются следующие признаки: миоз (сужение зрачков), затрудненное дыхание, боли за грудиной и судороги. Смерть наступает от остановки дыхания и сердечной деятельности.

Кожно-нарывные – группа стойких отравляющих веществ, которые поражают преимущественно кожные покровы и слизистые оболочки. А попадая в организм с зараженной пищей и водой, воздействуют на органы пищеварения. Типичные представители: иприт, люизит.

Вещества данной группы имеют скрытый период действия, продолжающийся от 2 до 12 ч. Поражения кожи (зуд, жжение, появление пузырей и долго не заживающих язв) приводят к потере боеспособности. Вдыхание и поражение желудочно-кишечного тракта часто заканчиваются смертью.

Общеядовитые – при попадании в организм через органы дыхания или через кожные покровы эта группа отравляющих веществ воздействует на кровь и поражает нервную систему. Действие веществ проявляется немедленно. Типичные представители: оксид углерода (II), мышьяковистый и фосфористый водород, синильная кислота, хлорциан. Симптомы разнообразны: разрушаются клетки крови, ухудшается питание организма кислородом, поражается нервная система. Смерть наступает от острого малокровия или от остановки дыхания.

Удушающие – чаще нестойкие отравляющие вещества, которые поражают в основном органы дыхания, вызывая отек легких. Основные представители: фосген, дифосген, хлорпикрин. Первые признаки поражения могут проявляться сразу (при воздействии высоких концентраций хлорпикрина) или только через несколько часов после вдыхания (фосген).

Психохимические – группа отравляющих веществ, воздействие которых вызывает у человека появление временных психозов в результате нарушений в центральной нервной системе. Основные представители: ZSD и Би-Зет (BZ). Возникающие при поражении ими симптомы схожи с симптомами шизофрении и маниакально-депрессивного психоза.

Раздражающие – отравляющие вещества данной группы поражают слизистые оболочки глаз (лакриматоры) или дыхательные пути (стерниты, например адамсит). Основные представители: хлорацетофенон, бромбензилцианид, дифенилхлорарсин, адамсит, Cu-Эc (СS), Си-Эр (CR). Признаки поражения: резь в глазах, неудержимое слезотечение, жжение в горле, слюнотечение.

Попыток использования различных веществ с целью заражения воздуха и поражения людей было много. Так, еще спартанцы во время войны с афинянами (431—404 гг. до н. э.) жгли серу и смолу под стенами городов Белизма и Платен, чтобы заразить воздух и заставить сдаться жителей этих городов. В Северной Африке в 1850 г. французы дымом, который они получили, сжигая мокрую солому, сырые листья и дерево, умудрились удушить спрятавшееся в пещерах целое племя местных жителей. Спустя 5 лет англичанин лорд Депдональд предложил для поражения защитников Севастополя использовать сернистый газ, который можно получить при сжигании серы. Все попытки применить во время боевых действий отравляющие вещества имели случайный характер, пока в конце XIX – начале ХХ вв. в Европе и в Америке не стала быстро развиваться химическая промышленность. К началу Первой мировой войны (1914—1918) мировое производство искусственных красителей достигало 150 000 т в год, а промежуточные продукты их изготовления могли использоваться в производстве отравляющих веществ. Хорошо было развито и производство азотных соединений, хлора, серной и азотной кислот, бензола и толуола, из которых также могут изготовляться отравляющие вещества. Только Германия производила в год несколько десятков тысяч тонн хлора для отбеливания тканей и дезинфекции. Однако хлор мог быть применен с боевой целью как отравляющее вещество и давал возможность производства еще более сильных отравляющих веществ. Таким образом, развитие химической промышленности и усовершенствование военной техники позволили наладить массовое изготовление и применение отравляющих веществ в качестве самостоятельного оружия. Первое массовое применение отравляющего вещества было осуществлено в Германии 22 апреля 1915 г. на участке фронта, находящемся в районе реки Ипр (Бельгия). Это была газобаллонная атака. Газ был выпущен при благоприятствующих метеорологических условиях; ветер, дувший в сторону противника, образовал большое газовое облако. Это облако захватило до 6—8 км фронта, потери французов в результате этого первого химического нападения составляли 5000 умерших и свыше 15 000 выведенных из строя. Противогазов тогда еще в армии не было. В мае этого же 1915 г. таким же образом немцы применили хлор и на русском фронте, причем потери по тем же причинам были большими. В ответ на германские химические нападения другие государства – участники Первой мировой войны тоже стали применять отравляющие вещества. Появились фосген, хлорпикрин, синильная кислота, иприт и др. Одни поражали кожу, другие – глаза, третьи – органы дыхания, четвертые – кровь и нервную систему. Попадая на местность, одни из них сохранялись продолжительное время, другие – недолго. Число зарегистрированных поражений химическим оружием в период Первой мировой войны достигало 1 296 853. Пострадало около 500 тыс. человек. Несмотря на подписание в 1922, 1923 и 1925 гг. трех международных соглашений, запрещающих применять отравляющие вещества, работа по усовершенствованию известных и созданию новых отравляющих веществ не прекращалась и испытания в реальных боевых условиях также продолжались. Таким образом, в нарушение Женевского протокола (17 июня 1925) отравляющие вещества применили французы в Алжире, англичане – в Индии, японцы – в Китае, итальянцы – в Эфиопии. Таким образом, до Второй мировой войны в качестве оружия были применены: хлор, фосген (1915), дифосген, хлорпикрин, синильная кислота, хлорциан, бромциан (1916), иприт, дифенилхлорарсин (1917), хлорацетофенон, бромбензилцианид, адамсит, люизит (1918). В дальнейшем разрабатывались рецептуры смесей отравляющих веществ, совершенствовались способы производства, способы повышения стойкости и токсичности. В годы Второй мировой войны появились и новые отравляющие вещества, к ним относятся фосфорорганические соединения. Доступность сырья и высокоразвитая химическая промышленность позволили Германии быстро наладить производство этих отравляющих веществ (табун, зарин). Ежегодная мощность к 1943 г. составляла около 180 тыс. т отравляющих веществ, но применить их, опасаясь ответного удара, Германия не решилась. После Второй мировой войны отравляющие вещества были применены США в Корее, Вьетнаме, других государствах Индокитая. Отравляющие вещества продолжают стоять на вооружении многих армий, а некоторые (лакриматоры) используются для разгона демонстрантов.

Пневматическое оружие

Пневматическое оружие (духовое оружие – устар.) – ручное оружие, в котором выстрел (выбрасывание пули) производится за счет силы давления сжатого воздуха или другого газа.

К воздушной камере, расположенной на цевье ложа, плотно примыкает ствол. В камере находится поршень с очень сильной пружиной. Ружье заряжают свинцовой пулей или острым шпеньком с кисточкой. Во время нажатия на курок пружина распрямляется, и поршень резко идет вперед. Пуля входит в ствол благодаря давлению воздуха. Дальность выстрела до 30 м. Пневматические (духовые) пистолеты имеют такое же устройство и принцип действия.

Пневматические (духовые) ружья бывают гладкоствольными (старые образцы) и нарезными (12 нарезов). Спортивное пневматическое оружие делят на газобаллонное и пружинное. В первом выброс пули происходит за счет использования сжатого в баллончике углекислого газа, во втором – пуля выбрасывается воздухом, сжатым благодаря поршню.

Историческая справка. Первое пневматическое ружье появилось в 1430 г., находило применение как охотничье, а в XVIII в. стало использоваться и как боевое (в Австрии, Франции и др.). Из-за малой своей эффективности в начале XIX в. стало развиваться как спортивное оружие. Используется для спортивной стрельбы в закрытых тирах.

Прицелы

Прицелы – приборы, приспособления и механизмы для наведения огнестрельного или ракетного оружия в цель; также используются для наблюдения за ходом боя и выбора цели.

По принадлежности к оружию прицелы делят на:

  1) артиллерийские (минометные, зенитные);

  2) авиационные;

  3) ракетных комплексов;

  4) стрелковые;

  5) танковые.

По принципу действия основных визирных устройств различают механические, телевизионные, оптические (в том числе и инфракрасные) прицелы.

По степени участия в процессе прицеливания человека их подразделяют на автоматические, полуавтоматические и неавтоматические.

Авиационные прицелы позволяют производить прицеливание по наземным, морским, воздушным целям при бомбо– и торпедометании, применении стрелково-пушечного и ракетного оружия с летательных аппаратов (самолетов, вертолетов). Состоят из визирного (оптического, оптико-электрического, радиолокационного типа), дальномерного, вычислительного устройств, также имеется устройство информации о параметрах полета. Прицелы формируют сигналы, передают их на индикаторы и исполнительные устройства.

Артиллерийские прицелы обеспечивают осуществление наводки орудия в горизонтальной и вертикальной плоскостях за счет визирования непосредственно по цели (прямая наводка) или в горизонтальной плоскости – по вспомогательной точке (какому-либо местному предмету), а в вертикальной плоскости – путем отсчета от горизонта орудия (непрямая наводка).

Прицел может закрепляться на качающейся части орудия неподвижно и перемещаться с ней при работе подъемника (прицел с зависимой линией прицеливания), а может оставаться неподвижным при работе подъемного механизма (прицел с независимой линией прицеливания).

Лазерные прицелы – активные ночные прицелы, у которых подсветка окружающей их местности и целей осуществляется с помощью лазера, функционирующего в инфракрасном диапазоне.

Ночные прицелы – разновидность оптических прицелов, применяющихся ночью: установленные на стрелковом оружии и противотанковой артиллерии имеют телескопическую конструкцию, а танковые – перископическую.

Если прицел требует специального источника инфракрасных лучей для облучения цели (например, прожектора с инфракрасными фильтрами), его называют активным.

Пассивный прицел функционирует за счет использования переотраженного собственного и естественного инфракрасного излучения целей.

Оптические прицелы используют в артиллерийских орудиях (для прямой наводки и осмотра панорамы), зенитных орудиях, на пилотируемых летательных аппаратах (бомбоприцелы, прицелы для наведения стрелкового и ракетного оружия), в стрелковом оружии (снайперские прицелы), они входят в состав прицельных устройств на танках.

Радиолокационные прицелы устанавливаются на базе радиолокационных станций, служат для осуществления прицельной стрельбы при любых погодных условиях и в любое время суток. Могут быть пассивными и активными, входят в прицельно-навигационную систему летательных аппаратов.

Стрелковые прицелы различают механические (расположенные на оружии и в простом случае содержащие прорезь целика на казенной части ствола – прицел и мушку на его дульной части) и оптические.

Механические стрелковые прицелы подразделяются по устройству механизмов, используемых для перемещения линии прицеливания, на стоечные, секторные, рамочные и ступенчато-рамочные.

Танковые прицелы имеют в своем составе прицелы-дальномеры, оптические прицелы (перископические или телескопические) и вычислительные устройства с передающими механизмами для установки углов прицеливания. Чтобы исключить влияние колебаний танка и пушки на точность стрельбы, танковые прицелы имеют стабилизированную линию прицеливания. Прицел-дальномер определяет дальность, информация поступает в вычислительное устройство, туда же при необходимости вводится корректировка в отсчеты дальности с опорой на метеорологические и баллистические условия стрельбы. Угол прицеливания, вычисленный устройством, передается в сам прицел, по нему и производят наводку на цель танковой пушки.

Ракетное оружие

Ракетное оружие – оружие, в котором средства поражения доставляются к цели при помощи ракет; совокупность различных ракетных комплексов (ракета с обычной боевой частью или ядерной, средства наведения на цель, пусковая установка, проверочно-пусковое оборудование, средства управления полетом ракеты, транспортное средство и другие устройства), предназначенных для поражения воздушных, наземных и морских целей боевой частью ракет.

Первыми применили пороховые ракеты для военных целей жители Индии и Китая приблизительно в X—XII вв. В Западной Европе они появились к концу XIII в. На Руси появление ракет отмечено летописцами Псковской летописи в XV в. В 1680 г. в Москве открылось «ракетное заведение», специализировавшееся на производстве фейерверочных сигнальных и осветительных ракет. В 1717 г. в русской армии была принята на вооружение однофунтовая (400 г) осветительная сигнальная «граната», которая поднималась на высоту 500 саженей (более 1 км), а чуть позже – и зажигательная ракета. В 1813 г. русский ученый генерал А. Д. Засядко создает несколько типов боевых ракет калибром от 2 до 4 дюймов. На вооружении уже состоят в это время и фугасные ракеты. В 1908 г. военным инженером Н. В. Герасимовым были впервые в истории развития ракетной техники разработаны и испытаны ракеты для борьбы с наземными и воздушными целями, которые были снабжены гироскопической системой стабилизации. В 1912 г. инженер-химик Н. И. Тихомиров на базе оригинального прямоточного порохового реактивного двигателя сконструировал самодвижущуюся торпеду, которая могла поражать цель как в воде, так и в воздухе. Им же с талантливым изобретателем пиротехником В. А. Артемьевым в 1928 г. была сконструирована ракета с зарядом двигателя из крупношашечного бездымного пороха на нелетучем растворителе. К середине 1933 г. были произведены первые запуски авиационных ракетных снарядов РС-82 и РС-132, и до окончания Великой Отечественной войны все разработки в данной области велись на базе этих снарядов. Впервые РС-82 был применен в боях с японцами на реке Халхин-Гол в 1939 г. Так как это оказалось высокоэффективным, в этом же году реактивными снарядами РС-82 класса «воздух – воздух» и реактивными снарядами РС-132 класса «воздух – земля» была впервые в истории оснащена советская авиация. В апреле 1939 г. был разработан проект первой 16-зарядной самоходной пусковой установки, которая поражала цель 132-миллиметровыми реактивными снарядами. Пусковую установку назвали «Боевая машина 13» (БМ-13). В августе 1941 г. на вооружении состояла реактивная система со снарядом РС-82 (БМ-8). Ее пусковая установка имела уже 36 направляющих типа «флейта», которые были смонтированы на шасси автомобиля ЗиС-6. В 1943 г. были созданы, а в 1944 г. приняты на вооружение вращающиеся снаряды, имевшие улучшенную кучность М-13-УК и М-31-УК с дальностью полета соответственно 7,9 и 4,0 км. Кроме авиации, сухопутных войск, ракетное оружие применялось и морским флотом. В Англии и США образцы ракетного оружия созданы к концу 1942 г. Германия в 1944 г. осуществила боевые пуски ракет «ФАУ-1» и «ФАУ-2». После окончания Второй мировой войны разработки ракетного оружия стали вестись более интенсивно, и на вооружении многих армий состоят ракетные комплексы различного назначения. Возможность применения ракет в качестве носителей ядерного боеприпаса сделала реальным создание ракетноядерного оружия. Новейшая разработка российского военно-промышленного комплекса – ракетный комплекс «Тополь-М», осуществленный на базе модернизации ракеты РС-12М.

Ракеты боевые

Ракеты боевые (от ит. rocchetta, уменьшительное от rocca – «веретено») – движущийся под действием реактивной тяги, которую создает при отбрасывании рабочего тела реактивный двигатель, беспилотный летательный аппарат.

Ракета имеет один или несколько ракетных двигателей, резервуары с топливом (запас рабочего тела), на управляемых ракетах имеется система управления, боевая часть составляет полезную нагрузку. Все эти части объединены в единую конструкцию корпусом, который подразделяется на отсеки. У многих ракет к корпусу для полета, управления и стабилизации крепятся аэродинамические поверхности (крылья). Современные ракеты оснащаются воздушно-реактивными или ракетными двигателями. На некоторых из них также дополнительно устанавливаются разгонные или стартовые двигатели (чаще твердотопливные), которые после окончания своей работы сбрасываются с ракеты.

Система управления может быть аэродинамической (воздушные рули, интерцепторы, элероны, элевоны и т. д.), газодинамической (газоструйные рули, поворотные камеры и сопла, дефлекторы и т. п.) или комбинированной, она обеспечивает динамическую стабилизацию ракеты (управление ее угловым движением) как на всей траектории при необходимости, так и на отдельных участках. У неуправляемых ракет стабилизация осуществляется за счет хвостового оперения или быстрого вращения вокруг продольной оси.

В зависимости от места пуска и нахождения цели боевые ракеты делятся на классы:

  1) «земля – земля» – самый обширный по объему выполняемых задач и дальности действия, включает в себя ракеты наземных ракетных комплексов;

  2) «земля – воздух» – является основным оружием войск ПВО;

  3) «земля – корабль» – стоит на вооружении береговых ракетных частей и используется против морских целей;

  4) «воздух – воздух» – авиационные ракеты, применяемые для воздушного боя;

  5) «воздух – земля» – авиационные ракеты для поражения наземных целей;

  6) «воздух – корабль» – авиационные ракеты для уничтожения морских целей;

  7) «корабль – воздух» – ракеты запускаются с надводных кораблей по воздушным целям;

  8) «корабль – земля» – ракеты запускаются с подводных лодок с целью поражения наземных объектов;

  9) «корабль – корабль» – ракеты запускаются с корабельного ракетного комплекса по морским, береговым целям. По этому же критерию возможно деление на более широкие классы: «поверхность – поверхность», «поверхность – воздух», «воздух – поверхность» и «воздух – воздух», где поверхность – земля и корабли (море).

Боевые ракеты также классифицируются по дальности полета (или досягаемости по высоте); типу реактивного двигателя; числу ступеней; типу боевой части; управляемости; аэродинамической схеме; форме траектории.

По характеру решаемых задач боевые ракеты делятся на стратегические, тактические и оперативно-тактические.

Стратегические ракеты – управляемые ракеты с моноблочной или разделяющейся головной частью, несущей мощный ядерный заряд. Предназначены для поражения важных стратегических объектов противника. Пуск осуществляется с ракетных комплексов различного базирования. Различают стратегические ракеты средней дальности (от 1000 до 5500 км) и межконтинентальные (свыше 5500 км).

Тактические ракеты – управляемые (самонаводящиеся) или неуправляемые ракеты с обычной или ядерной боевой частью, неотделяемой в полете. Предназначены для поражения объектов противника, которые находятся в тактической глубине. Пуск тактических ракет осуществляется с подвижных наземных ракетных комплексов, с вертолетов или самолетов, с подводных лодок или надводных кораблей. Возможно их применение для дистанционного минирования и радиоэлектронного подавления.

Оперативно-тактические – управляемые (самонаводящиеся) ракеты с обычной или ядерной боевой частью различной мощности. Предназначены для поражения объектов противника, находящихся в оперативной глубине. Запуск осуществляется с самоходных наземных ракетных комплексов.

Основоположником науки о боевых ракетах, разработавшим и осуществившим наиболее рациональные способы их производства, считается русский генерал К. И. Константинов. 2—2,5– и 4дюймовые боевые ракеты, созданные им, были приняты на вооружение русской армией в начале ХХ в.

Реактивное оружие

Реактивное оружие – вид оружия, в котором средства для поражения цели доставляются к ней за счет использования реактивной тяги двигателя. К данному виду оружия относятся авиационные, морские и наземные реактивные системы залпового огня и реактивные гранатометы. Использование принципа реактивного движения имеет положительные стороны – позволяет в реактивном оружии избавиться от отдачи, как правило, возникающей во время выстрела, а это позволяет в свою очередь создавать многоствольные пусковые установки небольших параметров и простые по своему устройству. Многозарядность реактивных систем обеспечивает высокую огневую производительность и дает возможность одновременно вызывать поражение объектов противника, находящихся на значительном удалении от местонахождения пусковой установки. Залповый огонь позволяет осуществить нападение внезапно и при этом обеспечивает высокий психологический эффект воздействия непосредственно на самого противника.

Реактивный снаряд

Реактивный снаряд – неуправляемый в полете боеприпас современных авиационных, наземных и морских реактивных систем залпового огня, который доставляется к цели за счет использования тяги реактивного двигателя.

Всякий снаряд боевого назначения состоит из следующих основных элементов: корпуса, боевой части со взрывателями, реактивного двигателя, устройств для стабилизации полета – оперения и наклонных сопел.

Реактивные снаряды по способу стабилизации делят на невращающиеся (оперенные) и вращающиеся (турбореактивные). По назначению их подразделяют на осколочные, фугасные, осколочно-фугасные, зажигательные, дымовые, кумулятивные.

Оперенный реактивный снаряд – реактивный снаряд, устойчивость которого при полете обеспечивают расположенные параллельно оси снаряда лопасти стабилизатора (так называемое прямо поставленное оперение) или под углом к оси (косо поставленное оперение). Современные оперенные реактивные снаряды имеют складывающееся до выстрела, а в полете раскрывающееся оперение.

Турбореактивный снаряд – реактивный снаряд, устойчивость которого при полете обеспечивается вращением вокруг своей оси, которое происходит благодаря истечению некоторой части пороховых газов двигателя из сопел, поставленных к оси под наклоном 15—20°. По сравнению с оперенными реактивными снарядами турбореактивные снаряды имеют меньшее рассеивание, хотя при этом уступают им в дальности стрельбы.

Появлению такого вида оружия способствовало развитие автоматики, радиоэлектроники, телемеханики, металлургии и химии. Большая высота полета и огромная скорость, развиваемая реактивными снарядами, затрудняют возможность их обнаружения и перехвата, поэтому применение этого вида оружия оказывается внезапным для противника.

Сарбакан

Сарбакан – духовое ружье, примитивное ручное метательное оружие.

Сарбакан изготавливается из двух половинок пальмового дерева, которые скреплены между собой обмоткой из растительных волокон, представляет собой трубку длиной от 1,5 до 3 м. Выстрел осуществляется за счет сильного и резкого диафрагмального выдоха. Для удобства сарбакан снабжается раструбом-нагубником, иногда устанавливаются примитивный прицел (его роль выполняет какой-либо выпуклый предмет типа морской ракушки) и легкий подсошник. Для стрельбы используют стрелы, которые изготавливаются из жестких стеблей бамбука или других растений. Стрелы выполняются длиной 20—30 см. Наконечник стрелы заостряется до остроты иглы и на нем делаются надрезы, чтобы он обламывался в ране. Черенок стрелы обматывается уплотнителем, что обеспечивает его плотное прилегание к стволу метательного оружия. На задний конец стрелы надевается конус из высушенного листа или крепится пучок растительных волокон. Наконечник стрелы смазывается ядом растительного или животного происхождения (например, ядом кураре, добываемым из листьев плюща, или ядом змей). Подготовленные таким образом стрелы хранятся в связке, которая чем-то напоминает свернутую мягкую пулеметную ленту, каждая из стрел с другими не соприкасается. В связке их может быть до 450 шт. Подобный колчан туземцы носят, прикрепляя к поясу. Дальность полета стрелы достигает 30—40 м.

Разновидность данного духового оружия распространена в тропических лесах Южной Америки и полуострова Малакки. Индейцы использовали его для охоты на птиц, рыб и некоторых млекопитающих. Есть сведения об использовании сарбакана в качестве боевого оружия во время партизанской войны туземцев против колонизаторов и оккупантов (на расстоянии 10—15 см стрела насквозь пробивает грудную клетку человека). С началом географических открытий духовое ружье было завезено в Европу, где стало игрушкой в самых разных слоях общества. Им пользовались для забавы, для отработки навыков прицеливания.

Сумпитан

Сумпитан – разновидность духового ружья, примитивное ручное стрелометательное оружие.

Сумпитан представляет собой трубку длиной 1,5—1,7 м, диаметром около 3,5 см. Изготавливается он из цельного отрезка железного дерева, в котором внутренний канал высверливается при помощи длинного острозаточенного стального прута. В ее дульной части располагаются короткое острие (как у копья) и небольшой железный крючок, который выполняет функцию прицела и служит подвеской для хранения оружия в вертикальном положении, что позволяет сохранить прямизну канала ствола. Духовая трубка снабжена также губным мундштуком. Для стрельбы используются тонкие стрелы, изготовленные из центрального стебля пальмового листа, бамбука, других жестких стеблей, их длина 16—48 см. Для наконечника стрелы используются кости мелких животных или зубы, иногда металлы. На хвостовой конец стрелы крепится кисточка из растительных волокон, которая является еще и уплотнителем для более плотного прилегания стрелы к стволу. Конец стрелы смачивается в смеси соков ядовитых растений, ядов жаб, змей, скорпионов и других животных. Каждая смоченная ядовитой смесью стрела хранится в индивидуальном пенале, изготовленном из отрезков тростника. Пеналы аккуратно укладываются в прикрепленный к поясу охотника деревянный колчан. Выстрел осуществляется сильным, резким диафрагмальным (с помощью мышц живота и диафрагмы) выдохом. Несмотря на примитивность, сумпитан обладает способностью поражать цель, находящуюся на расстоянии 30—70 м, а на открытом пространстве – до 100 м.

Духовое оружие такой разновидности использовалось в глубине островов Юго-Восточной Азии аборигенами Малайского архипелага, Моллукских и Филиппинских островов.

Туземцы использовали сумпитан для рыбного промысла в прибрежных районах и для охоты на птиц, парнокопытных и некоторых представителей семейства кошачьих. После попадания яда в организм крупной птицы ее смерть наступает через 1—2 мин; ягуар погибает через 10—20 мин. Так как используемые яды не всасываются через пищевод, мясо добытых таким образом животных можно употреблять в пищу без всякого вреда. Бесшумность, хорошая дальность стрельбы, точность и другие боевые качества духового оружия позволяли его активно использовать местным жителям для оказания серьезного сопротивления своим врагам.

Табун

Табун – отравляющее вещество нервно-паралитического действия.

Диметиламид этилового эфира цианфосфиновой кислоты.

Бесцветная прозрачная жидкость, имеющая слабый фруктовый запах. Плотность паров по отношению к воздуху 5,3. Температура кипения 230 °С. Температура плавления 50 °С. В воде отравляющее вещество растворяется очень плохо, разлагаясь при этом с выделением синильной кислоты. Хорошо растворимо в ацетоне, бензоле, спирте и других органических растворителях.

Табун может применяться в виде пара или тумана для заражения атмосферы и в капельно-жидком виде – для заражения местности.

Условно-летальная токсическая доза в воздухе 0,4 мг мин/л, при попадании на кожные покровы 14 мг/кг; при концентрации 0,01 мг/л начинается сужение зрачков (миоз).

При поражении появляются признаки нарушения зрения, слезотечение, боли в глазных яблоках. Затем появляются головокружение, головная боль и мышечная слабость, кашель с мокротой, рвота. После начинаются судороги, они могут временно прекращаться и возобновляться снова. Возникают расстройства функций центральной нервной системы. Смерть наступает от остановки дыхания и сердечной деятельности.

Воду табун отравляет. Заражение продуктов питания будет зависеть от того, как долго они находились под действием отравляющего вещества, и от их пористости. Легко проникает в дерево, одежду, кожу и другие пористые материалы.

От табуна защищают противогаз и индивидуальные средства защиты кожи.

Табун был получен в Германии перед Второй мировой войной. Предполагалось применение этого отравляющего вещества в авиационных бомбах, артиллерийских снарядах, в виде других средств химического нападения на противника. Боевого применения не имел.

Термоядерное оружие

(см. «Ядерное оружие»)

Таран

1. Таран – осадное орудие, которое применяли в древности и в Средние века для разрушения крепостных стен, ворот, башен. Орудие представляло собой бревно, имевшее железный или бронзовый наконечник, которое подвешивалось на цепях или канатах в деревянной башне, иногда даже в несколько этажей. Башня могла передвигаться на колесиках, одновременно в ней находили укрытие люди, обслуживающие орудие.

  2. Таран – выступ, который находится в носовой подводной части кораблей гребного и броненосного типа, служит для нанесения таранного удара по вражескому кораблю.

  3. Таран – прием, который применяется в воздушном, танковом, морском бою для выведения из строя машин противника.

Воздушный таран заключается в нанесении удара фюзеляжем, крылом, лопастями винта самолета с целью уничтожения самолета противника. Военными летчиками применялся в исключительных случаях, когда не было иной возможности уничтожения боевой машины противника.

Танковый таран – удар корпусом бронемашины по танку, БТР, бронепоезду противника.

Морской таран (таранный удар) использовался в гребном, парусно-гребном и броненосном флотах. В ХХ в. иногда применялся кораблями противника против подводных лодок, которые были застигнуты в момент их всплытия или погружения.

Торпеда

Торпеда (от лат. torpedo – «электрический скат») – самодвижущийся и самоуправляемый подводный снаряд, имеющий сигарообразную форму, несущий в головной части обычный или ядерный боевой заряд для поражения судов, разрушения объектов, находящихся на береговой линии.

Торпеда состоит из следующих элементов: головной части, в которой размещается заряд взрывчатых веществ с контактными или неконтактными взрывателями, аппаратуры управления и наведения. В средней ее части находятся двигатель и источники питания; в хвостовой части размещаются приводы рулевых машинок, двигателя, наружного оперения с рулями.

Современные торпеды классифицируются по габаритам, носителям (корабельные и авиационные), назначению (противокорабельные и противолодочные), по применяемым системам управления (самонаводящиеся, маневрирующие по установочной программе, управляемые по проводам), по видам используемых энергосиловых установок (парогазовые, реактивные, электрические и др.).

Авиационная торпеда дополнительно несет стабилизирующее устройство или парашюты, которые обеспечивают ей после сбрасывания нормальное погружение в воду.

Акустическая торпеда оснащена активной или пассивной акустической системой самонаведения. Если установлена активная система, торпеда наводится на цель по отраженным от нее звуковым импульсам, в случае установки пассивной системы – по винтовому и машинному шуму кораблей-целей.

Парогазовая торпеда в конструкции несет энергосиловую установку, которая функционирует на смеси продуктов сгорания топлива (керосина или спирта) и паров воды. В настоящее время в парогазовых торпедах используются турбинные и поршневые двигатели.

Противолодочная торпеда характеризуется прочным корпусом, который обеспечивает ей «живучесть» при стрельбе по подводной лодке, погруженной на значительную глубину, используется и против надводного вида судов. В своем оснащении имеет систему самонаведения по двум плоскостям – по направлению и по глубине, может быть установлено телеуправление по проводам от носителя к торпеде.

Реактивная торпеда сконструирована на основе реактивного, гидрореактивного или комбинированного двигателя.

Электрическая торпеда снабжается электричеством от электросиловой установки, включающей в себя источник электроэнергии, электродвигатель переменного или постоянного тока (в первом случае устанавливается и преобразователь тока). Электрическая торпеда не оставляет на поверхности воды следа (бесследная торпеда).

Первая самодвижущаяся мина-торпеда была сконструирована русским изобретателем И. Ф. Александровским в 1865 г.

Торпедный аппарат

Торпедный аппарат – установка для стрельбы торпедами, а также для их хранения.

Наибольшее распространение получил торпедный аппарат трубной конструкции. С наружной стороны трубы располагаются устройства для выстреливания, для осуществления дистанционного ввода данных в отстреливаемую торпеду, контрольные приборы, устройства стопора и зацеп для приведения в действие механизмов снаряда. Торпеда выстреливается при помощи сжатого воздуха, находящегося в баллонах, или под действием истекающих газов порохового заряда.

Установки для стрельбы торпедами подразделяются в зависимости от типа крепления на неподвижно закрепленные, наводящиеся и поворотные на фиксированный угол стрельбы.

Тротиловый эквивалент

Тротиловый эквивалент – характеристика мощности взрыва атомной бомбы и также ее калибра. Тротиловый эквивалент атомной бомбы – вес тротилового заряда, энергия при взрыве которого равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса.

Тротиловый эквивалент можно подсчитать, зная, что при полном расщеплении ядер 1 кг урана 235U или плутония 239Pu выделяется столько же энергии, сколько при взрыве 20 000 т тротила (количество выделяющейся энергии эквивалентно). При расчете нужно количество килограммов атомного заряда бомбы умножить на продукт использования атомного заряда в бомбах указанной конструкции и полученное произведение умножить на 20 000. Тротиловый эквивалент сброшенных на Хиросиму и Нагасаки бомб – около 20 кт (процент использования атомного заряда в этих бомбах достигал 2—3 единиц).

В настоящее время известны атомные бомбы с тротиловым эквивалентом от нескольких тысяч до миллионов тонн. Величину тротилового эквивалента принято выражать в килограммах, тоннах или мегатоннах.

Фау

ФАУ (от нем. V, от Verge! tungswaffe – «оружие возмездия») – управляемое ракетное оружие дальнего действия.

ФАУ-1 (V-1) – крылатая ракета, раньше называемая самолетом-снарядом, имеющая автономную систему управления полетом, пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. Стартовая масса 2,2 т, масса взрывчатых веществ 700 кг, длина 7,6 м, размах крыльев 5,3 м, дальность полета до 370 м, скорость полета до 600 км/ч. Запуск крылатой ракеты осуществлялся при помощи катапульты или с самолета-носителя. Первый боевой пуск состоялся 13 июня 1944 г.

ФАУ-2 (V-2) – одноступенчатая баллистическая ракета с автономным управлением на активном участке траектории и жидкостным ракетным двигателем. Стартовая масса 13 т, масса взрывчатых веществ 800 кг, длина 14 м, максимальный диаметр корпуса 1,65 м, дальность полета до 320 км, скорость полета в конце активного участка траектории достигает 1700 м/с. Первый боевой пуск осуществлен 8 сентября 1944 г.

Крылатые ракеты ФАУ-1 и баллистические ракеты ФАУ-2 были созданы в Германии во время Второй мировой войны. Впервые их боевое применение было осуществлено против Великобритании в 1944 и 1945 гг. Немецко-фашистское командование задалось целью вывести страну из участия в войне путем разрушения ее городов, в основном – столицы, и деморализации жителей. Однако ракеты оказались ненадежными и имели низкую точность попадания. Кроме этого, их легко уничтожали английские истребители. В результате из запущенных 10 500 ФАУ-1 на территорию Великобритании упало всего 3200, из которых 2500 – на Лондон.

Из 4300 запущенных ФАУ-2 более 2000 взорвались во время пуска или во время полета и только около 500 достигли целей на территории Лондона. Разрушению было подвергнуто свыше 30 000 зданий, потери гражданского населения составили около 33 000 человек. Однако боевая задача командования оказалась невыполненной, применение ракет ФАУ решающего влияния на течение войны не оказало. Но создание и использование ФАУ показало огромные потенциальные возможности, таящиеся в применении ракет дальнего действия.

Фосген

Фосген – отравляющее вещество удушающего действия.

Дихлорангидрид угольной кислоты.

При температуре выше 8 °С это газ (бесцветный) с запахом, напоминающим запах прелого сена, тяжелее воздуха в 3,5 раза. Плотность паров по отношению к воздуху 5,5. Температура кипения 8 °С. Температура плавления 120 °С. Газ плохо растворяется в воде, хорошо – в органических растворителях.

Вещество применяется в виде газа.

Условная летальная токсическая доза при ингаляции 3,2 мг мин/л.

Отравляющее вещество действует на органы дыхания. При поражении пострадавший ощущает сладковатый привкус во рту, слабое раздражение глаз и слезотечение, затем появляются кашель, головокружение и общая слабость. Фосген обладает кумулятивным (суммирующим) действием. Признаки поражения проходят после выхода из отравленной атмосферы – наступает период скрытого действия, в течение которого пострадавший чувствует себя хорошо.

Через 4—6 ч его состояние резко ухудшается: учащается дыхание, появляется синюшная окраска губ, щек, носа, ушей, возникает кашель, начинаются одышка и удушье, головная боль, головокружение и сердцебиение. При кашле выделяется пенистая жидкость с примесью крови. Смерть наступает в первые двое суток от отека легких. При концентрации фосгена 40 г/м3 смерть наступает мгновенно.

Фосген воду не заражает. Подвергшиеся его воздействию пищевые продукты после проветривания до полного исчезновения запаха вполне безопасны.

В воздухе обнаружить фосген можно по внешнем виду волны отравляющего вещества (при разрыве боеприпаса появляется белесоватое редкое облако тумана) или с помощью индикаторных трубок.

Защита от фосгена – противогаз. В закрытых помещениях, если невозможно проветривание, для дегазации производят разбрызгивание раствора аммиака (нашатырного спирта).

В качестве отравляющего вещества фосген впервые был применен против французов в 1915 г. Германией. Выступает в качестве сырья в производстве красителей, мочевины, поликарбонатов.

Химическое оружие

Химическое оружие – отравляющие вещества и различные средства их боевого применения (артиллерийские химические снаряды, авиационные бомбы, мины, химические фугасы, ручные химические гранаты, ядовито-дымные шашки, ракеты).

Применение химического оружия основано на токсических свойствах химических соединений, которые, находясь в виде пара, аэрозоля или жидком виде, могут попадать в организм через его кожные покровы, органы дыхания, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт и оказывать поражающее действие. Химическое оружие – оружие массового поражения. Его предназначение: уничтожение живой силы противника, заражение местности, воды, боевой техники и вооружения, объектов тыла. Оно обладает целым рядом боевых свойств, выгодно отличающих его от других видов оружия: используемые отравляющие вещества имеют способность распространяться в больших объемах воздушных масс на значительных территориях, проникать в не оборудованные в противохимическом отношении укрытия, сооружения, боевые машины. Отравляющие вещества могут сохранять свое поражающее действие от нескольких минут (нестойкие) до нескольких суток (стойкие). Эффективность их использования зависит от метеорологических условий, времени года, характера местности. К химическому оружию можно отнести и химические средства уничтожения растений – гербициды и дефолианты.

В некоторых случаях химическое оружие может быть более эффективным, чем ядерное, так как оно имеет ряд преимуществ: способно к уничтожению человека, сохраняя материальные ценности, его производство имеет низкую себестоимость.

Хлорпикрин

Хлорпикрин – отравляющее вещество удушающего действия с сильным слезоточивым эффектом (лакриматор).

По своему внешнему виду это бесцветная или зеленовато-желтоватая маслянистая жидкость с резким раздражающим запахом. Температура кипения 112,3 °С, температура плавления 64 °С. Хлорпикрин практически нерастворим в воде, хорошо растворяется в органических растворителях.

Вещество применяется в виде аэрозоля (пара).

Непереносимая концентрация в воздухе 0,05 мг/л, при концентрации выше 0,1 мг/л поражаются органы дыхания.

В небольших концентрациях раздражает верхние дыхательные пути, особенно сильно глаза – вызывает сильную резь и обильное слезотечение.

При увеличении концентрации поражает органы дыхания, вызывая острый отек легких с резкой одышкой и синюхой. При этом происходит самопроизвольное закрывание век, возникает боль в горле и груди, появляются рвота и кашель.

Так как хлорпикрин – вещество нестойкого типа, дегазация продуктов проводится проветриванием до исчезновения запаха. Отравляющее вещество обнаруживается по действию на глаза.

Защитой от паров пикрина является противогаз. Дегазируют (разрушают) его спиртовые растворы щелочи и водно-спиртовые растворы.

Хлорпикрин применялся как отравляющее вещество во время Первой мировой войны в основном в артиллерийских снарядах, минах и ручных гранатах. В настоящее время его употребляют для проверки противогазов и как учебное отравляющее вещество.

Хлорциан

Хлорциан – отравляющее вещество общеядовитого действия.

Представляет собой бесцветную жидкость, обладающую резким своеобразным запахом. Плотность паров по отношению к воздуху 1,3. Температура кипения 13 °С. Температура плавления 6,5 °С. В воде растворяется плохо, в органических растворителях – хорошо.

Вещество применяется в виде газа.

Раздражающее действие оказывают концентрации 0,002 г/м3, смертельная концентрация в воздухе 0,4 мг/л.

Признаки отравления развиваются в зависимости от величины концентрации.

При высоких концентрациях отравление развивается очень быстро, после нескольких вдохов отравленный падает, теряет сознание, у него начинаются судороги, сбивается ритм дыхания, фиксируются сердечные перебои. Смерть наступает в течение нескольких минут от паралича нервной системы. При малых концентрациях отравление протекает замедленно. Сначала появляются головокружение, страх, слабость. Если отравление слабое, то эти признаки проходят, при более сильном отравлении они переходят в следующую стадию: появляется одышка, пульс становится медленным, путается сознание, затем отравленный его совсем теряет, дыхание становится поверхностным, но резким, затем следует летальный исход от остановки дыхания.

Водой, попав в нее, разлагается медленно, с образованием малоядовитых веществ. Хорошо сорбируется пористыми продуктами и пористыми материалами.

Для обнаружения применяют индикаторную трубку.

Закрытые зараженные помещения проветривают. Аммиак и щелочи ускоряют разложение отравляющего вещества.

В качестве отравляющего вещества был предложен французами и нашел применение во время Первой мировой войны. В США рассматривается как отравляющее вещество, способное проникать в организм через противогазную коробку. Используется в производстве меламина, красителей и синтетических смол.

Шашка дымовая

Шашка дымовая – устройство, применяемое для сигнализации, дезинсекции, создания дымовых завес.

Дымовые шашки подразделяются на маскирующие (дают нетоксичный белосерый или белый дым), сигнальные (решающее значение имеет цвет дыма), инсектицидные (предназначены для уничтожения насекомых-вредителей или переносчиков заболеваний в закрытых помещениях), ядовитые (используемые в армии в качестве химических боеприпасов).

В настоящее время дымовые шашки с отравляющими веществами раздражающего действия используются для разгона демонстраций, несущих агрессию.

Электромагнитное микроволновое оружие

Электромагнитное микроволновое оружие – новейшие виды оружия, работа над которыми ведется в XXI в., выводит из строя центральную нервную систему, мозг, вызывает разного рода неприятные ощущения, тревогу, отчаяние, судороги; создает помехи работе компьютерных систем, выводит из строя электронное оборудование. Предназначается в основном для контроля агрессивно настроенной толпы, совершающей противоправные действия, разрабатывается и как оружие для армии.

Вуалирующий лазер – способен создавать волну света, которая обволакивает противника, ослепляя его при этом на короткий промежуток времени. Местонахождение стрелка при этом остается неизвестным.

В основу принципа действия положено использование явления свечения хрусталика глаза в ультрафиолетовых и фиолетовых волнах определенной длины.

Микроволновые пушки – испускаемые этим оружием пучки мощного микроволнового излучения выводят из строя любое электронное оборудование, компьютерные системы, но не воздействуют при этом на людей. Орудие предназначается для уничтожения оборудования командных пунктов, сохраняя при этом жизни людей. В настоящее время их устанавливают на крылатых ракетах и беспилотных самолетах.

Плазмотазеры – оружие, которое выстреливает в сторону предполагаемой жертвы, находящейся на расстоянии до 7 м, струю токопроводящего аэрозоля или плотный поток мельчайших проводящих волокон, или поток плазмы, по которым передается высоковольтный электроимпульс, поражающий объект. Токопроводящий канал также можно сформировать с помощью ионизации воздуха ультрафиолетовым лазером. В настоящее время реально создать лазер мощностью 10 000 ТВт с импульсом продолжительностью 0,4 пс. Этого хватит для ионизации воздуха на 100 м и проведения электрического удара напряжением в 50 кВ.

Микроволновый излучатель – устройство, испускающее пучок электромагнитных волн на несколько сотен метров, которые выводят из строя электронику, могут проникать в тело человека (лучи с длиной волны 3 мм всего на глубину 0,3—0,4 мм), вызывая при этом вскипание молекул воды в подкожном слое. Температура кожи поднимается до 45—80 °С. Острая, непереносимая боль заставляет человека покинуть зону действия микроволнового излучения. Никаких повреждений при этом на кожных покровах не остается. Созданы микроволновые излучатели мощностью в 1 ГВт (его вес 20 кг) и больше (при мощности в 20 ГВт вес аппарата достигает 180 кг). Генераторами электромагнитного излучения планируется оснащать артиллерийские снаряды, крылатые ракеты.

Направленное энергетическое оружие – устройство, позволяющее направленным пучком излучения высокой интенсивности (с частотой 95 ГГц) сжечь какую-либо цель, находящуюся на расстоянии от него. У человека реакция на облучение возникает через 2—3 с, невыносимая боль, вызываемая разогреванием кожи, исчезает или после выключения источника излучения, или после покидания зоны облучения. Если же человек не выйдет из зоны, то через 250 с получит ожог кожи.

Сильно разогреваются под действием луча металлические предметы (ключи, очки, пуговицы), при соприкосновении с ними также возникнут ожоги. Регулируя мощность излучения, подбирая параметры воздействия, можно добиться у человека ощущений кислотного ожога, ложных ощущений отталкивающих резких запахов, неприятного вкуса, вызвать принудительное сокращение мышц.

Прибор для борьбы со снайперами – устройство, представляющее собой антенну с 7 микрофонами, блоком с электронным мини-компьютером для обработки полученной информации и пультом управления.

Микрофоны улавливают по звуку или воздушной волне, исходящей от летящей пули, направление ее движения, данные обрабатываются за 2 с, по истечении которых позиция снайпера будет уничтожена. Устанавливается на внедорожниках.

Работа по созданию микроволнового оружия ведется в Австрии, Германии, Великобритании, США, Швеции и других странах. Небольшие габариты, малый вес (компактность) позволяют использовать его как тактическое оружие в наступательных и оборонительных целях. Ведется разработка и личного портативного оружия подобного рода (идет работа над созданием парализатора, передающего электроэнергию по ультрафиолетовому лучу на расстояние до 2 км). Подобным оружием будут оснащаться силы правопорядка, спецслужбы, службы охраны АЭС, все рода войск.

Ядерная бомба

Ядерная бомба – заряд ядерного вещества с особым устройством, вмонтированным в авиабомбу, с помощью которого можно вызвать ядерную реакцию в нужный момент, которая сопровождается мгновенным выделением внутриядерной энергии – взрывом.

Основными частями ядерной бомбы являются корпус, заряд ядерного взрывчатого вещества и взрывающее устройство. Главной частью является атомный заряд, состоящий из двух подвижных частей, имеющих форму полусферы (возможно и большее число частей заряда). Для осуществления атомного взрыва нужно все части заряда соединить в одно целое. Форма частей такова, что после срабатывания взрывающего устройства образуется общая масса, имеющая форму шара. Деление заряда на две или более части дает возможность увеличить количество делящего вещества, повышая этим мощность взрыва. Для того чтобы деление атомного заряда было полным, его окружают специальной оболочкой – отражателем нейтронов. Взрывающее устройство, которое состоит из взрывателя и заряда обычного взрывчатого вещества, установлено для сближения в нужное время всех частей заряда. Все детали бомбы монтируются в плотной оболочке, которая способна поглощать радиоактивные излучения, исходящие от атомного заряда. Кроме того, оболочка увеличивает мощность взрыва (при делении части заряда выделяется большое количество энергии, повышаются температура, давление, в результате остальная часть заряда разлетается, не успев вступить в реакцию).

Взрыв может произойти в воздухе, на земле в непосредственной близости от поверхности воды (земли), под землей, под водой. Различают следующие виды взрывов ядерных бомб:

  1) воздушный;

  2) надземный или надводный;

  3) подземный или подводный;

  4) наземный.

Воздушный взрыв – вслед за ослепительной вспышкой, видной на расстоянии более 100 км, сопровождаемой сильными громоподобными раскатами, слышимыми на расстоянии десятков километров, образуется огненный шар. С течением времени размеры шара увеличиваются, а его температура понижается. Возникает воздушная ударная волна, которая достигает земли, поднимая пыль, увлекая ее вверх. Облако принимает грибовидную форму и в течение 10—15 мин поднимается до 10—15 км. Затем под действием ветра оно начинает перемещаться.

Наземный взрыв – после вспышки образуется светящаяся полусфера, мощные восходящие потоки воздуха поднимают клубы пыли. Облако и пылевой столб также приобретают грибовидную форму. При наземном взрыве возникает воронка, диаметр которой может достигать 100 м, а глубина – 10—20 м и более. Кроме того, местность заражается сильнее и в эпицентре взрыва, и по оси движения облака.

Подводный взрыв – на поверхности воды в месте взрыва видно светящееся пятно, позже над поверхностью воды образуется купол, превращающийся в столб из водяных брызг, поднимающийся в высоту на 2—3 км. Затем он начинает разрушаться, и возникает базисная волна, которая похожа на кольцевое облако высотой в несколько сотен метров (до 300 м) и состоит из водяной пыли.

Подземный атомный взрыв – картина зависит от глубины взрыва. Если она была невелика, то внешняя картина похожа на ту, что видна при наземном атомном взрыве.

К особенностям данного взрыва можно отнести образование более глубокой воронки, большое количество выбрасываемого на несколько километров грунта и сильное радиоактивное заражение местности.

Ударная волна – область сильно сжатого воздуха, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва. С увеличением расстояния поражающее действие ударной волны уменьшается. Ударная волна состоит из двух зон: зоны сжатия и зоны разрежения. В зоне сжатия давление воздуха выше атмосферного, он движется в направлении от центра взрыва. В зоне разрежения давление воздуха ниже атмосферного, и воздух двигается в обратном направлении – к центру взрыва. Поражающее действие ударной волны определяется избыточным давлением и скоростным напором воздуха. Характер нарушений будет зависеть от расстояния до центра взрыва, рельефа местности, прочности зданий и плотности их застройки, их размеров. Наиболее устойчивыми к действию ударной волны являются здания и сооружения из железобетона, имеющие антисейсмическую конструкцию.

Световое излучение – при воздушном взрыве ядерной бомбы около 1/3 общей энергии взрыва выделяется в виде светового излучения, его яркость превосходит яркость солнечного света. В результате этого световую энергию могут поглощать различные тела, повышая при этом свою температуру настолько, что их поверхность может обуглиться, оплавиться или даже воспламениться. На людей световое излучение оказывает поражающее действие в виде ожогов. Степень ожогов различают по тяжести поражения тканей. Покраснение кожи и слабая болезненность считаются ожогом первой степени; появление пузырей характеризует ожоги второй степени; при ожогах третьей степени образуются язвы, омертвение подкожной ткани и кожи. Световое излучение может повредить и сетчатку глаза.

Проникающая радиация – поток нейтронов и гамма-лучей, сопровождающий атомный взрыв и имеющий способность проникать через разные преграды значительной толщины. Радиация невидима и неощущаема (в момент воздействия). Измерить ее можно только специальной дозиметрической аппаратурой. При взрыве действие радиации является кратковременным, продолжается в течение 10—15 с. От ее воздействия у человека возможно заболевание – лучевая болезнь. Основные ее признаки – повышение температуры, тошнота, рвота, сердцебиение, разного рода недомогания, отсутствие аппетита, кровоточивость капилляров кожи и слизистых оболочек, изменение картины крови. Лучевая болезнь имеет скрытый период. Тяжесть зависит от полученной дозы и от состояния организма. Доза радиации в 100—150 рентген вызывает легкое заболевание, в 300—400 – тяжелое, а свыше 500 рентген часто влечет летальный исход.

Радиоактивное заражение местности, воздуха, предметов – его причинами являются выпадение на почву частиц не прореагировавшего при взрыве ядерного вещества, а также выпадение образовавшегося после взрыва огромного количества радиоактивных продуктов деления. Кроме этого, местность облучается выделяющимися при взрыве нейтронами. Степень радиоактивной зараженности зависит от того, где произошел ядерный взрыв, от величины заряда бомбы, погоды, рельефа и т. п. Люди и животные поражаются при попадании радиоактивных веществ на слизистые оболочки, на кожные покровы и внутрь организма, а также при внешнем облучении. Не удаленные с кожи и слизистых оболочек радиоактивные вещества могут вызывать язвы и различные воспаления. При воздействии больших доз возникает лучевая болезнь.

Первые две ядерные бомбы с тротиловым эквивалентом около 20 кт были применены американской авиацией в 1945 г. для атомной бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки, чем были вызваны огромные жертвы и многочисленные разрушения. Современные ядерные бомбы имеют тротиловый эквивалент от десятков до миллионов тонн. Носителями выступают истребители, бомбардировщики и истребители-бомбардировщики. При осуществлении бомбометания самолеты-носители для обеспечения собственной безопасности сбрасывают ядерные бомбы, снабженные тормозящими устройствами (парашютами).

Ядерное оружие

Ядерное оружие – оружие массового поражения, взрывное действие которого основано на использовании внутриядерной энергии, освобождающейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых протонов урана или плутония, а также при термоядерных реакциях синтеза легких ядер – изотопов водорода (дейтерия и трития).

Ядерное оружие разделяют на два типа: атомное оружие, в основе которого лежит цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, и термоядерное (водородное), созданное на принципе использования реакции синтеза легких элементов. Атомное оружие также подразделяют на два вида: взрывного действия и боевые радиоактивные вещества. Термоядерное оружие известно только взрывного действия.

К основным поражающим факторам относятся ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс.

Открытию ядерной энергии предшествовала колоссальная работа физиков и химиков конца XIX и начала ХХ вв. Начало было положено открытием в 1895 г. немецким физиком Рентгеном не известных до этого лучей, названных позже его именем. При их исследовании в 1896 г. французский физик Беккерель обратил внимание, что соединения урана испускают отличающееся от рентгеновского излучение, способное вызвать почернение фотопластинок, свечение некоторых веществ, ионизацию воздуха. 2 года спустя Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри из урановых руд выделили элемент, испускающий подобные лучи, действие которых было значительно сильнее. Элемент назвали радием («лучистый»), способность веществ испускать подобные лучи стали называть радиоактивностью, а сами вещества – радиоактивными. Опыты Крукса в 1900 г. привели английского физика Резерфорда к открытию закона радиоактивного распада. В 1919 г. он осуществил расщепление ядра азота, а позже Блеккет сфотографировал данный процесс в камере Вильсона. После расщепления ядра атома азота был открыт протон – частица, входящая в его состав. В 1932 г. английский ученый Чедвик предположил, что, кроме протона, в ядре есть нейтральные частицы, их назвали нейтронами. Гипотеза о протонно-нейтронном строении ядра сформулирована советскими физиками Д. Л. Иваненко и Е. Г. Гапоном. В 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри зафиксировали, что при бомбардировке некоторых атомных ядер ядрами гелия возникают радиоактивные изотопы элементов, устойчивых в обычных условиях, не обладающих радиоактивностью. Они же провели исследования, приведшие впоследствии к открытию свыше 400 искусственных радиоактивных элементов. В 1938 г. немецкие физико-химики Ган и Штрассман обнаружили явление деления урана. Изучение атомного ядра стало еще интенсивнее, работы в данной области были засекречены, так как стала очевидна возможность практического использования колоссальной энергии, заключенной в атомном ядре, в военных целях. В Германии уже велась работа над созданием атомных бомб. Правительство США также признало необходимым начать практические работы в этой области. К середине 1945 г. были изготовлены 3 бомбы. Одна из них была испытана на полигоне в Аламогордо (США) 16 июля 1945 г. Остальные две были сброшены на японские города: 6 августа на г. Хиросиму и 9 августа – на г. Нагасаки.

23 августа 1949 г. было проведено успешное испытание советского ядерного устройства в городе Семипалатинске. Вслед за этим ядерным оружием овладели Англия, Франция, а в 1964 г. – и Китай. В целях недопущения расползания ядерного оружия число стран, им владеющих, было решено ограничить вышеназванной пятеркой. Это было зафиксировано Договором о нераспространении ядерного оружия, подписанным в 1968 г. На сегодняшний день его участниками являются 188 стран. Договор содержит очень важную оговорку: статус ядерных держав признается лишь за странами, которые осуществили профильные взрывы до 1 января 1967 г. Индия и Пакистан открыто заявляют о том, что они обладают ядерным оружием и готовы присоединиться к Договору о нераспространении, но с условием, что за ними официально будет признан статус ядерных держав. По данным МАГАТЭ, уже более 40 стран обладают технологиями, позволяющими производить ядерное оружие. А Израиль и КНДР его, по всей видимости, уже имеют. Есть еще одна сила, которая рвется к ядерному оружию, при этом не выставляя никому никаких условий, – это международный терроризм.

Ядерный заряд

Ядерный заряд – устройство, в котором осуществляется взрывной процесс освобождения ядерной энергии, входит в состав ядерного боеприпаса.

Ядерные заряды делятся на непосредственно атомные, энергия взрыва в которых обусловливается ядерными цепными реакциями, и на термоядерные (устаревшее название – водородные), энергия в которых обусловлена термоядерными реакциями синтеза и реакциями деления.

В атомном заряде условия для развития взрыва создаются путем перевода делящегося вещества в надкритическое состояние (масса каждой части ядерного заряда до взрыва меньше критической массы, т. е. наименьшей массы, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция), а в термоядерных зарядах – путем взрыва инициатора заряда. Ядерные заряды помещают в авиабомбы, боевую головку ракеты, в торпеду и др. Мощность ядерного взрыва составляет от нескольких сотен тонн до нескольких десятков мегатонн тротила.

Глава 3 Взрывная техника

Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества

Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества – это бризантные смеси, главной составляющей которых является аммиачная селитра, а дополнительными компонентами могут быть горючие или взрывчатые вещества. Эти смеси также называются аммонитами. Горючие вещества бывают органического происхождения – нефтяные масла, торф, древесная мука, жмыхи, а порошкообразный алюминий и ферросилиций, которые также используются в производстве аммонитов, относятся к неорганическим горючим веществам. Взрывчатыми веществами, использующимися в аммонитах, служат гексоген (циклотриметилентринитроаммоний – мощное бризантное вещество), тротил (тринитротолуол), тэн (тетранитропентаэритрит), нитроглицерин и другие нитроэфиры.

По своему составу аммониты разделяют на несколько видов:

  1) динамоны – смеси аммиачной селитры с горючими веществами;

  2) амматолы – смесь с тротилом;

  3) аммоналы – смесь селитры с тротилом и порошкообразным алюминием;

  4) скальные аммониты – смесь селитры с гексогеном, алюминием и тротилом;

  5) динамиты – смеси с большим количеством нитроглицерина или жидких нитроэфиров.

Чтобы получить аммониты, достаточно только провести подготовительную обработку входящих материалов, т. е. сушку, измельчение и просеивание, а затем просто смешать их. Готовые аммониты используют в изготовлении различных боевых припасов (мин, снарядов, бомб) или расфасовывают в водонепроницаемую тару, так как существенным недостатком таких смесей является гигроскопичность, низкая водоустойчивость.

К достоинствам этих взрывчатых веществ, по сравнению с другими, относятся: хорошая устойчивость к ударам, трению и другим механическим воздействиям; высокая стойкость по отношению к химическим препаратам; они достаточно безопасны в обращении, производстве и хранении.

Основные характеристики аммонитов: плотность заряда 0,8—1,5 г/см3; теплота взрыва 2,1—8,4 МДж/кг (550—2000 ккал/кг); скорость детонации от 1,5—2 до 5—6 км/с.

Бикфордов шнур

Бикфордов шнур – фитиль, имеющий очень малую скорость горения, состоящий из пороховой сердцевины и обмотки, выполненной из растительного волокна (джута). Используется данный шнур в качестве проводника огня для воспламенения капсюля-детонатора при необходимости производства взрыва каких-либо взрывчатых веществ. Длина шнура зависит от скорости его горения, которая может достигать в среднем 0,5 м/мин. Бикфордов (огнепроводный) шнур может применяться для взрывания как наземных, так и морских боеприпасов.

Бомба

Бомба (от фр. bombe, от лат. bombus, греч. bombos – «шум», «гул»). До XIX в. бомбами называли снаряды для гладкоствольной артиллерии. Состояла бомба из шаровидного корпуса, выполненного из чугуна, заряженного черным порохом, и деревянной трубки, плотно набитой порохом. Когда заряд в трубке сгорал, бомба взрывалась. Позже это название сохранилось за снарядами массой свыше 16 кг. В 30-е гг. XX в. артиллерийские снаряды и вовсе перестали называть бомбами.

Существуют авиационные и глубинные бомбы.

Авиационные бомбы по своему назначению делятся на фугасные, осколочные, противотанковые, бронебойные, противолодочные, а также ядерные, т. е. у этих бомб имеется ядерный заряд.

Сначала ядерные бомбы назывались водородными. Первый взрыв водородной бомбы в Советском Союзе был проведен в 1953 г. Заряд в современных ядерных бомбах составляет от десятков до миллионов тонн в тротиловом эквиваленте. Японские города Хиросима и Нагасаки первыми пострадали от взрывов ядерных бомб в 1945 г. Американская авиация сбросила на эти два города по одной бомбе около 20 кг каждая, которые вызвали многочисленные жертвы и разрушения. В авиации в ночное время применяются специальные осветительные бомбы, в которых используется пиротехнический состав. При его сгорании выделяется значительное количество света. Основой этого состава является двойная смесь из металлического порошка (магния, алюминия или их сплавов) и окислителя, в качестве которого выступают натриевая селитра – NaNO3 или азотнокислый барий – Ba(NO3)2.

Глубинные бомбы, один из видов боеприпасов, находящихся на вооружении ВМФ, служат для поражения подводных лодок противника, находящихся на глубине. Глубинная бомба может иметь цилиндрическую, сфероцилиндрическую или каплеобразную форму. Взрыв глубинной бомбы может произойти при непосредственном столкновении бомбы с корпусом лодки (если взрыватель бомбы контактного действия) или когда лодка и бомба окажутся на определенном расстоянии друг от друга (взрыватель неконтактного действия). Хвостовое оперение – стабилизатор – помогает глубинной бомбе сохранять устойчивое положение. Глубинные бомбы бывают авиационными и корабельными, запуск которых осуществляется пусковыми бомбометными установками корабля или с помощью бомбосбрасывателей, находящихся на корме судна.

Глубинные бомбы уже широко использовались во время Первой мировой войны, а во время Второй мировой войны они были основным противолодочным оружием.

Брандер

Брандер (от нем. Brander, от Brand – «горение») – старое, отслужившее свой срок судно, начиненное взрывчатыми или горючими веществами, использующееся для уничтожения вражеских кораблей. Горящий брандер отпускали по течению или по ветру на неприятельский флот. При столкновении брандера с кораблем противника специальные устройства, имеющиеся на брандере, сцепляли эти два корабля, не позволяя им разойтись, и вражеское судно также загоралось.

С помощью брандеров в 1770 г. во время сражения в Чесменской бухте русские моряки уничтожили турецкий флот.

С XIX в. брандером стали называть старый, вышедший из строя корабль, который затопляли у входа в бухту, канал или гавань с целью лишить вражеские суда возможности входа или выхода из них. Также брандеры использовались для поджога деревянных мостов.

Бризантность

Бризантность (от фр. brisant – «дробящий», «разбивающий») – способность взрывчатых веществ дробить при взрыве соприкасающееся с ними твердое тело.

Если заряд взрывчатого вещества взорвать на измеренном цилиндре из свинца, то часть цилиндра (высота измеряется в мм), раздробившаяся при этом, и будет бризантностью данного вещества. Чем выше плотность заряда и скорость детонации, тем выше бризантность.

Бризантные взрывчатые вещества делятся на низкобризантные (3—12 мм) и высокобризантные (до 20—28 мм).

Бризантные вещества применяются для снаряжения бризантных гранат, снарядов, капсюлей-детонаторов, при взрывчатых работах в горнодобывающей отрасли промышленности, в дорожном строительстве и др.

Бризантная граната представляет собой осколочно-фугасный артиллерийский снаряд с взрывателем дистанционного действия, использующийся для поражения находящихся в траншеях, в складках местности солдат, огневых точек и техники противника.

Примерами бризантных взрывчатых веществ являются тэн, гексоген, октоген.

Взрыватели

Взрыватели – специальные устройства в виде трубок или механизмов, сообщающие взрывной импульс разрывному заряду боеприпаса (снаряда, мины, бомбы, торпеды), для взрыва при встрече с целью, на определенной глубине под водой или через определенное время, в нужной точке траектории движения боеприпаса. По способу срабатывания взрыватели подразделяются на:

  1) ударные взрыватели (взрыв происходит при ударе боеприпаса о преграду);

  2) неконтактные взрыватели, которые также бывают радиолокационные, акустические, вибрационные, оптические, емкостные и другие (срабатывают не соприкасаясь, а находясь на определенном расстоянии от цели);

  3) механические и электрические взрыватели срабатывают на траектории движения боеприпаса через заданное время после выстрела, пуска торпеды или ракеты, сброса бомбы;

  4) исполнительные взрыватели приводятся в действие при определенном кодированном сигнале, полученном с командного пункта;

  5) дистанционные взрыватели или трубки – пиротехнические заряды.

Необходимыми в устройстве взрывателя являются: приспособления, вызывающие воспламенение или взрыв капсюлей-воспламенителей или капсюлей-детонаторов (ударник с жалом, электроконтакты, поршни и пр.); детонационная цепь, обеспечивающая проведение взрывного импульса к заряду; очень важным является наличие предохранительных механизмов, которые служат для безопасности взрывателей при их эксплуатации, выстреле и во время движения боеприпаса (пружины, колпачки, ветрянки, чеки, шарики и пр.).

Детонация взрывателя может возникнуть при механическом воздействии ударника или выдергивании чеки; при помощи электричества (капсюль срабатывает путем получения электрического импульса); химическим путем (горючий сплав воспламеняется от реагента, вылившегося из разбитой ампулы).

Ударные взрыватели разделяют на взрыватели мгновенного и замедленного действия, в зависимости от того, через какое время от момента встречи боеприпаса с целью происходит взрыв. Мгновенный взрыв может достигаться с помощью натяженных, обрывно-натяженных, нажимных и разгрузочных механизмов (во взрывателях инженерных мин). А во взрывателях артиллерийских и авиационных боеприпасов мгновенное действие осуществляется путем свинчивания предохранительного колпачка перед выстрелом или свинчивания его в полете с помощью ветрянки.

При необходимости произвести взрыв замедленного действия в детонационную цепь взрывателя вводят замедлитель, устанавливают часовой механизм или химический реагент.

Наличие в артиллерийских ударных взрывателях постоянного замедлителя дает возможность взрывать снаряд в том случае, если он не попадает в цель (самоликвидация).

Для гарантии безотказности действия некоторые боеприпасы оснащают несколькими взрывателями. Имеющаяся изоляция повышает безопасность взрывателя при обращении с боеприпасом (при случайном, преждевременном срабатывании капсюля). Военными специалистами проводится постоянная работа по усовершенствованию взрывателей с целью повысить эффективность действия, надежность и безопасность боеприпасов при обращении и их хранении.

В зависимости от места установки в боеприпас, взрыватели могут быть головные, донные, головно-донные и боковые.

Взрывная машинка

Взрывная машинка (подрывная машинка) – мобильный источник электрического тока для взрывания электродетонатора. Существует несколько типов взрывных машинок: конденсаторные, магнитоэлектрические и динамоэлектрические машинки. Самыми распространенными являются конденсаторные взрывные машинки. Источником электрического тока в таких машинках служит конденсатор-накопитель. Преимущество конденсаторных взрывных машинок заключается в том, что конденсатор способен постепенно (в течение 10—12 с) накапливать энергию, поступающую от слабого источника тока, и почти мгновенно отдавать ее в момент производства взрыва.

По источнику питания, встроенному внутрь взрывной машинки, они подразделяются на три вида:

  1) батарейные, имеющие крошечные гальванические батареи;

  2) аккумуляторные – с небольшими герметизированными аккумуляторами;

  3) внутри индукторных машинок находятся маленькие генераторы.

В 1950-х гг. в Советском Союзе была сконструирована и применена высокочастотная взрывная машинка. Принцип ее работы заключается в том, что с помощью электронной лампы ток из конденсатора превращается в ток высокой частоты, который обеспечивает полную искробезопасность.

Взрывные машинки также широко используются в промышленных взрывных работах. Они могут работать при температуре от -10 до +30 °С.

Гексоген

Гексоген (циклотриметиленаммоний) – очень мощное, высокобризантное взрывчатое вещество, получаемое из уротропина (циклотриметиленамина) и азотной кислоты. Гексоген используется для снаряжения боеприпасов, изготовления детонаторов, а также как компонент предохранительных взрывчатых веществ в промышленных взрывных работах.

Гексоген – белый кристаллический порошок, напоминающий сахар, в воде не растворяется. Плотность 1,82 г/см3, начинает плавиться при температуре 204—205 °С, но, если продолжать нагревание, гексоген воспламеняется. При горении температура достигает 3000 °С, поэтому, если гексоген находится в больших количествах или в закрытой емкости, происходит мощный взрыв. Детонация гексогена также обычно происходит при сильном ударе и под действием капсюля-детонатора. Скорость детонации очень велика – 8,4 км/с, теплота взрыва 5,5 МДж/кг (1300 ккал/кг).

Из-за высокой опасности в обращении гексоген обычно применяется в смесях с другими, менее чувствительными взрывчатыми веществами, которые существенно снижают опасность случайной детонации, – такими как тротил, или добавляют так называемые флегматизаторы (парафин, воск, церезин).

В годы Второй мировой войны гексоген производили сотнями тысяч тонн в год.

Граната

Граната (от ит. granata, лат. granatus – «зернистый») – боеприпас, применяющийся для поражения живой силы и боевой техники противника, поскольку при взрыве гранаты образуется большое количество осколков и достаточно сильная ударная волна. В гранате обычно можно выделить три составные части: металлический корпус, заряд взрывчатого вещества и взрыватель. Гранаты бывают артиллерийские, которые выстреливаются из артиллерийского орудия или гранатомета на расстояние до 1000 м, и ручные. Различают гранаты ударного действия, когда взрыв происходит при встрече с преградой, и дистанционные, когда граната взрывается в заданной точке траектории ее полета.

Гранаты артиллерийские впервые появились в XVII в., очень часто их называли снарядами. Гранаты, выпущенные из винтовочного гранатомета (специальное съемное устройство, надеваемое на дульную часть винтовки), имеют массу до 1 кг, калибр 60—80 мм, среди них различают осколочные и бронебойные гранаты, последние пробивают стальную броню толщиной до 300 мм.

Ручной гранатомет – легкое (до 15 кг) переносное оружие – более мощное орудие, способное выпустить гранату, калибр которой достигает 90 мм, а масса – до 5 кг. Такие гранаты делятся на бронебойные и осколочно-фугасные, которые при разрыве дают до 300 убойных осколков, поражая площадь до 10 м в диаметре.

Гранаты с кумулятивным зарядом способны пробить стальную броню толщиной до 400 мм.

Кроме ручного и винтовочного гранатометов, во время Первой мировой войны появился оружейный (винтовка с ружейной мортиркой), который стрелял осколочно-фугасными гранатами на расстояние до 1000 м, использовался для поражения вражеской пехоты. Но широкого применения почему-то не получил.

Гранулотол

Гранулотол – гранулированный тротил. Тротил (тринитротолуол, тол), ароматическое нитросоединение, представляет собой светло-желтое кристаллическое взрывчатое вещество. Тротил малочувствителен к ударам и трению, благодаря этому свойству тротил применяется как дополнение к гексогену, который очень опасен в обращении, а добавленный тротил значительно снижает чувствительность этого мощного взрывчатого вещества к механическим воздействиям.

Тротил применяется для снаряжения боеприпасов и для взрывных промышленных работ и в чистом виде, и в смесях (например, с аммиачной селитрой, см. аммиачно-селитренные взрывные вещества).

Теплота взрыва чистого тротила составляет 4,2 МДж/кг.

Вещества, получающиеся в результате взрыва тротила, ядовиты.

Детонатор

Детонатор (от фр. detoner – «взрываться») – заряд взрывчатого вещества, предназначенный для возбуждения (инициирования) взрыва основного заряда артиллерийского снаряда, мины, авиабомбы, боевой части ракеты, а также подрывного заряда. В боеприпасах используется в виде капсюлей-детонаторов, представляющих собой металлический или пластмассовый колпачок с инициирующим взрывчатым веществом.

Детонирующий шнур

Детонирующий шнур – средство передачи детонации к зарядам взрывчатых веществ. Предназначен для передачи детонации от капсюля-детонатора к зарядам, находящимся иногда на значительном (в сотни метров) удалении от места инициирования и друг от друга. Используется для взрыва серии зарядов. Детонирующий шнур имеет диаметр до 6 мм и состоит снаружи из слоев льняных или хлопчатобумажных (редко стеклянных) нитей, образующих трубку с наружным диаметром 5—6 мм, заполненную взрывчатым веществом с высокой детонационной способностью, чаще всего это – тэн (тетранитропентаэритрит), иногда – гексоген или октоген. Скорость детонации при использовании тэна составляет 6,5 км/с. Для защиты от внешнего воздействия воды детонирующий шнур заключают в пластмассовую оболочку или пропитывают внешние слои водостойкой мастикой. Наружный слой детонирующего шнура окрашен в красный цвет или содержит красные нити.

Динамоны

Динамоны – аммиачно-селитренные взрывчатые вещества, содержащие, кроме аммиачной селитры, легко окисляющиеся горючие добавки (порошкообразный алюминий, древесный уголь и т. п.). Взрывчатые характеристики меняются в широких пределах в зависимости от состава: теплота взрыва 3—4,2 МДж/кг, скорость детонации 2500—4500 м/с. Широко применяются при проведении взрывных работ. В военное время используются для снаряжения боеприпасов.

Зажигательный фитиль

Зажигательный фитиль – медленно тлеющий без пламени шнур для воспламенения огнепроводного шнура при производстве взрывов.

Запал

1. Средство для инициирования взрыва разрывного заряда мины или ручной гранаты. Состоит из капсюля-воспламенителя и капсюля-детонатора, размещенных в гильзе из металла или пластмассы. В запале осколочных ручных гранат имеется также пороховой замедлитель и ударный механизм для возбуждения горения капсюля-воспламенителя.

  2. Устройство для взрыва с помощью электрического тока. В настоящее время именуется электродетонатором.

Инженерные мины

Инженерная мина – инженерный боеприпас для устройства минновзрывных заграждений в целях поражения живой силы и военной техники, разрушения дорог и различных сооружений, затруднения передвижения и маневра войск противника. Состоит из заряда взрывчатого вещества, взрывного устройства и корпуса (из металла, пластмасс, дерева; известны бескорпусные конструкции из взрывчатых веществ повышенной прочности).

Некоторые инженерные мины имеют устройства (предохранители), обеспечивающие безопасность при установке элемента неизвлекаемости и необезвреживаемости, самоликвидаторы и другие устройства. Инженерные мины различают:

  1) по способу приведения в действие – неуправляемые и управляемые;

  2) по срокам срабатывания – мгновенного и замедленного действия;

  3) по конструкции взрывателя – контактные и неконтактные;

  4) по способам установки – извлекаемые и неизвлекаемые, обезвреживаемые и необезвреживаемые;

  5) по назначению – противотанковые, противопехотные, противотранспортные, противодесантные, сплавные, объектные и специальные.

Первые инженерные мины в виде полевых фугасов стали применяться в Европе в XV в. при обороне крепостей.

Взрывоустойчивая инженерная мина сохраняет боеспособность после воздействия на нее нагрузки от взрыва ядерных и обычных боеприпасов. Взрывоустойчивость достигается за счет повышения прочности конструкции мины, применением датчиков цели взрывателей с незначительной площадью элементов, воспринимающих нагрузку, а также взрывателей, не срабатывающих при кратковременной взрывной нагрузке.

Инженерная мина замедленного действия взрывается или переводится в боевое положение и срабатывает затем при воздействии на нее человека, боевой или транспортной техники по истечении заданного при ее установке срока замедления. В таких инженерных минах конструкцией предусмотрены часовые, химические и другие механизмы замедления.

Инженерная мина нажимного действия срабатывает при нажатии на нее гусеницей танка, колесом бронетранспортера, автомобиля и т. п. (противотанковая мина) или человеком (противопехотная мина). Датчик цели взрывателя такой инженерной мины обычно выполнен в виде нажимного щитка, крестовины и т. п. У некоторых типов противопехотных инженерных мин, снаряженных жидким или инициирующим взрывчатым веществом, нажимным датчиком цели является их корпус.

Инженерная мина натяжного действия – противопехотная мина, в которой датчик цели взрывателя сделан в виде проволочных, капроновых и других нитей-растяжек. В зависимости от конструкции мина взрывается при натяжении или обрыве растяжки.

Неизвлекаемая инженерная мина имеет устройство, которое обеспечивает ее взрыв при попытке снять с места установки или изменить положение. Элементы неизвлекаемости выполняются в виде механических или электромеханических устройств (натяжных проволочек, обрывных растяжек, шариковых замыкателей, чувствительных элементов, реле и др.).

Необезвреживаемая инженерная мина включает специальное устройство, обеспечивающее ее взрыв при попытке извлечь взрыватель, снять крышку, перерезать провода или обезвредить мину каким-либо другим способом.

Объектная инженерная мина служит для разрушения сооружений (мостов, зданий, дамб, тоннелей и т. п.) в заданное время. Бывают неуправляемые, срабатывающие от взрывателя замедленного действия, и управляемые, взрыв которых происходит по команде, подаваемой по радио или проводам. Масса заряда таких мин, применявшихся советскими войсками во Второй мировой войне, доходила до 10 т.

Осколочная инженерная мина — противопехотная мина, поражающая живую силу противника осколками. Бывает как кругового, так и направленного поражения. Масса мины 0,45—4,5 кг, масса заряда взрывчатого вещества 20—680 г. Разновидностью таких инженерных мин являются так называемые выпрыгивающие мины, которые взрываются в воздухе на высоте 0,5—1,5 м.

Противодесантная инженерная мина предназначена для поражения десантных судов, десантно-высадочных средств, плавающих боевых машин и другой военной техники, используемой противником при высадке десантов на морское побережье или берег озера, водохранилища, залива и т. п., а также при форсировании водных преград. Подразделяются на донные и якорные (от аналогичных морских мин отличаются меньшей массой взрывчатого вещества). Первые устанавливаются на дно водных преград на глубине 1—4 м, вторые допускают установку в водоемах глубиной 1—12 м при заглублении мины от поверхности воды на 0,3—1 м и удерживаются в воде якорем с минрепом (тросом). Применяются для устройства противодесантных заграждений.

Противопехотная инженерная мина по характеру поражающего действия живой силы противника может быть фугасной, осколочной и пулевой. Применяются для создания противопехотных минных полей.

Противотанковая инженерная мина служит для поражения танков, боевых машин пехоты, бронетранспортеров и других бронированных машин. По назначению может быть противогусеничной, противоднищевой и противобортовой, по типу заряда – фугасной и кумулятивной. Наибольшее распространение получили противогусеничные фугасные мины, срабатывающие при наезде на них объекта. Их масса 9—13 кг, масса заряда взрывчатого вещества 5,5—10 кг. Противоднищевые мины бывают, как правило, кумулятивными. Масса мин 3,2—10 кг, масса заряда взрывчатого вещества 1,5—6 кг. Противобортовые мины имеют мощный кумулятивный заряд или представляют собой кумулятивные гранаты, автоматически выстреливаемые из трубчатой направляющей по движущимся целям. Противотанковые инженерные мины применяются для создания противотанковых минных полей.

Противотранспортная инженерная мина предназначена для разрушения железных и автомобильных дорог, поражения транспортных средств. Некоторые типы мин переводятся в боевое положение по истечении определенного времени замедления автоматически или с помощью команд, передаваемых по радио или проводам. Для минирования автомобильных дорог могут применяться противопехотные и противотанковые мины.

Специальная инженерная мина применяется для выполнения специальных задач. К специальным инженерным минам относятся мины-ловушки, сигнальные, диверсионные и другие мины.

Сплавная инженерная мина может разрушать наплавные, низководные и подводные мосты, гидротехнические сооружения, а также поражать суда, переправочные средства и плавающие машины. Запускаются к объекту поражения по течению реки обычно с плавсредств или сбрасываются с самолетов (вертолетов). Во время дрейфа по течению реки мина удерживается под водой на заданной глубине с помощью специальных устройств. В ней используются контактные и неконтактные взрыватели.

Управляемая инженерная мина взрывается или переводится из безопасного положения в боевое и обратно по команде, передаваемой по проводам или радио.

Фугасная инженерная мина, противопехотная или противотанковая, поражает живую силу и военную технику противника действием продуктов взрыва и ударной волны. Масса противопехотной фугасной мины 90—400 г, масса заряда взрывчатого вещества 9—200 г.

Ядерная мина (ядерный фугас) — ядерный боеприпас для устройства ядерно-минных заграждений. Состоит из ядерного заряда, системы инициирования, предохранительного устройства, системы приведения в действие и источников питания. Устанавливается в грунте (в шурфах) и под водой; взрыв осуществляется от автономных временных устройств или по линии управления (по радио или по проводам).

Кумулятивный заряд

Кумулятивный заряд – заряд взрывчатого вещества, обеспечивающий при взрыве кумулятивный эффект, т. е. концентрацию действия взрыва в определенном направлении. Достигается кумулятивный эффект путем создания у заряда взрывчатого вещества кумулятивной выемки (сферической, конической и др.), обращенной в сторону поражаемого объекта. Кумулятивный эффект значительно повышается, если выемка покрывается металлической оболочкой, которая при взрыве быстро обжимается от вершины к основанию, переходя в направленную металлическую струю и усиливая кумулятивный эффект. При этом скорость струи доходит до 13—15 км/с, давление до 10 ГПа. Используются кумулятивные заряды для производства противотанковых мин, противотанковых гранат, артиллерийских снарядов и других боеприпасов.

Мина

1. Мина (от фр. mine – «подкоп») – боевое средство для устройства наземных и морских взрывных заграждений, применяемых с целью нанесения потерь противнику, задержки его продвижения и затруднения ведения боевых действий. В соответствии с этим различают инженерные и морские мины.

Первоначально миной называли подкоп под крепостную стену. С появлением пороха под этим термином стали понимать заряд взрывчатого вещества, заложенный на определенной глубине.

Применение мин в виде полевых фугасов известно с давних времен. С появлением бризантных взрывчатых веществ, изобретением электрических и химических способов взрывания мины получили дальнейшее развитие. При обороне Севастополя (1854—1855) русские войска успешно применяли камнеметные фугасы, взрываемые электрическим способом. В Русско-турецкой войне 1877—1878 гг. широко использовались самовзрывные фугасы (прототипы современных противопехотных мин), а при обороне Порт-Артура – шрапнельные выпрыгивающие противопехотные мины конструкции Карасева. В Первую мировую войну мины имелись на вооружении армий всех воюющих государств. Русские военные инженеры Драгомиров, Ревенский предложили в ходе войны конструкции противотанковых мин. Большая заслуга в разработке противотанковых мин и способов их боевого применения принадлежит русскому офицеру – военному инженеру Д. М. Карбышеву. Во Второй мировой войне мины применялись в массовых масштабах. Общее число мин, установленных воюющими сторонами только на советско-германском фронте, превысило 200 млн шт.

  2. Мина – боеприпас для стрельбы из минометов и гладкоствольных безоткатных орудий. Существуют мины осколочные, осколочно-фугасные и фугасные, предназначенные для поражения живой силы и огневых средств противника или разрушения оборонительных сооружений; бывают зажигательные, дымовые, осветительные, служащие для выполнения боевых задач вспомогательного характера, и учебно-тренировочные. В боекомплект гладкоствольных безоткатных орудий входят кумулятивные (для поражения танков) и осколочно-фугасные мины.

Снаряженная мина состоит из корпуса (стального или чугунного) с разрывным зарядом взрывчатого вещества, основного и дополнительных метательных пороховых зарядов, взрывателя и стабилизатора. На корпусе мины имеется цилиндрическая часть, а на крыльях стабилизатора выступы, обеспечивающие центрование и правильное движение мины по каналу ствола. Стабилизатор (стальной или алюминиевый) придает мине устойчивость в полете.

Морская мина

Морская мина – морской боеприпас, устанавливаемый в воде для поражения подводных лодок, надводных кораблей и судов противника, а также для затруднения их плавания. Состоит из корпуса, заряда взрывчатого вещества, взрывателя и устройств, обеспечивающих установку и удержание мины под водой в определенном положении. Морские мины могут ставиться надводными кораблями, подводными лодками и летательными аппаратами (самолетами и вертолетами). Морские мины подразделяются по назначению, способу удержания в месте постановки, степени подвижности, по принципу действия взрывателя и управляемости после постановки. Морские мины снабжаются предохранительными, противотральными приборами и другими средствами защиты.

Существуют следующие виды морских мин.

Авиационная морская мина – мина, постановка которой осуществляется с авиационных носителей. Могут быть донными, якорными и плавающими. Для обеспечения устойчивого положения на воздушном участке траектории авиационные морские мины оснащаются стабилизаторами и парашютами. При падении на берег или мелководье взрываются от самоликвидаторов.

Акустическая морская мина – неконтактная мина с акустическим взрывателем, срабатывающим при воздействии на него акустического поля цели. Приемниками акустических полей служат гидрофоны. Применяются против подводных лодок и надводных кораблей.

Антенная морская мина – якорная контактная мина, взрыватель которой срабатывает при соприкосновении корпуса корабля с металлической тросовой антенной. Применяются, как правило, для поражения подводных лодок.

Буксируемая морская мина – контактная мина, у которой заряд взрывчатого вещества и взрыватель размещены в корпусе обтекаемой формы, обеспечивающем буксировку мины кораблем на заданной глубине. Применялись для поражения подводных лодок в Первую мировую войну.

Гальваноударная морская мина — контактная мина с гальваноударным взрывателем, срабатывающим при ударе корабля по выступающему из корпуса мины колпаку.

Гидродинамическая морская мина – неконтактная мина с гидродинамическим взрывателем, срабатывающим от изменения давления в воде (гидродинамического поля), вызванного движением корабля. Приемниками гидродинамического поля являются газовые или жидкостные реле давления.

Донная морская мина – неконтактная мина, имеющая отрицательную плавучесть и устанавливаемая на дне моря. Обычно глубина постановки мины не превышает 50—70 м. Взрыватели срабатывают при воздействии на их приемные устройства одного или нескольких физических полей корабля. Применяется для поражения надводных кораблей и подводных лодок.

Дрейфующая морская мина – сорванная с якоря штормом или подсечным тралом якорная мина, всплывшая на поверхность воды и перемещающаяся под воздействием ветра и течения.

Индукционная морская мина – неконтактная мина с индукционным взрывателем, срабатывающим от изменения напряженности магнитного поля корабля. Взрыватель срабатывает только под кораблем, имеющим ход. Приемником магнитного поля корабля служит индукционная катушка.

Комбинированная морская мина — неконтактная мина с комбинированным взрывателем (магнитно-акустическим, магнитно-гидродинамическим и др.), срабатывающим только при воздействии на него двух и более физических полей корабля.

Контактная морская мина – мина с контактным взрывателем, срабатывающим при механическом соприкосновении подводной части корабля с самим взрывателем или корпусом мины и ее антенными устройствами.

Магнитная морская мина – неконтактная мина с магнитным взрывателем, срабатывающим в тот момент, когда абсолютная величина напряженности магнитного поля корабля достигает определенного значения. В качестве приемника магнитного поля используется магнитная стрелка и другие магнитовоспринимающие элементы.

Неконтактная морская мина – мина с неконтактным взрывателем, срабатывающим от воздействия физических полей корабля. По принципу действия взрывателя неконтактные морские мины подразделяются на магнитные, индукционные, акустические, гидродинамические и комбинированные.

Плавающая морская мина – безъякорная мина, плавающая под водой на заданном углублении с помощью гидростатического прибора и других устройств; перемещается под действием глубинных морских течений.

Противолодочная морская мина — мина для поражения подводных лодок в подводном положении при их прохождении на различных глубинах погружения. Оснащаются преимущественно неконтактными взрывателями, реагирующими на физические поля, присущие подводным лодкам.

Реактивно-всплывающая морская мина – якорная мина, всплывающая с глубины под действием реактивного двигателя и поражающая корабль подводным взрывом заряда. Запуск реактивного двигателя и отделение мины от якоря происходит при воздействии физических полей корабля, проходящего над миной.

Самодвижущаяся морская мина — русское название первых торпед, применявшихся во второй половине XIX в.

Шестовая морская мина (ист.) – контактная мина, применявшаяся в 60—80-х гг. XIX в. Заряд взрывчатого вещества в металлической оболочке со взрывателем закреплялся на внешнем конце длинного шеста, который выдвигался вперед в носовой части минного катера перед минной атакой.

Якорная морская мина – мина, имеющая положительную плавучесть и удерживаемая на заданном углублении под водой с помощью минрепа (троса), соединяющего мину с лежащим на грунте якорем.

Огнепроводный шнур

Огнепроводный шнур – шнур диаметром 5—6 мм, служащий для передачи теплового импульса (пучка искр) капсюлю-детонатору через строго определенный промежуток времени (скорость горения 5—6 мм/с). Представляет собой слабоспрессованную сердцевину из зерен дымного пороха, окруженную внутренними и наружными оплетками, покрытыми водоизолирующей мастикой. Может выпускаться для производства взрывных работ под водой или для наземных работ.

Пентолит

Пентолит – взрывчатое вещество, сплав тротила (тринитротолуола) с тэном (тетранитропентаэритритом). Литой пентолит, состоящий (по массе) из 50% тротила и 50% тэна, имеет плотность 1,6 г/см3; скорость его детонации равна 7,4 км/с. Пентолит применяется для снаряжения кумулятивных боеприпасов, а также в качестве промежуточного детонатора при инициировании гранулированных и водосодержащих взрывчатых веществ.

Пиротехнический замедлитель

Пиротехнический замедлитель (пороховой замедлитель) – столбик пиротехнического состава или пороха, который используется во взрывателях для увеличения времени передачи огня от капсюля-воспламенителя к капсюлю-детонатору. Обеспечивает взрыв боеприпаса через заданное время после встречи снаряда с целью.

Подрывная машинка

Подрывная машинка – источник электрического тока переносного типа для взрывания электродетонаторов. Классифицируются подрывные машинки на магнитоэлектрические, динамоэлектрические и конденсаторные. Наибольшее применение получили конденсаторные подрывные машинки, в которых источником тока служит конденсатор – емкость для накопления электричества. Принцип действия конденсаторных подрывных машинок заключается в относительно медленном (10—20 с) накоплении в конденсаторе электрической энергии, полученной от маломощного источника тока, и в быстрой (несколько миллисекунд) отдаче запасенной конденсатором энергии во взрывную сеть в момент осуществления взрыва. В зависимости от источника тока, расположенного внутри подрывной машинки, конденсаторные подрывные машинки классифицируются на индукторные (с малогабаритными генераторами), аккумуляторные (с герметизированными аккумуляторами малых размеров) и батарейные (с гальваническими минибатареями). По исполнению корпуса подрывные машинки подразделяются на взрывобезопасные, не вызывающие взрыва метансодержащих воздушных смесей, и обычные, предназначенные для среды, не опасной по газу или пыли. В классе конденсаторных взрывобезопасных подрывных машинок существует высокочастотная подрывная машинка, в которой электрический ток преобразуется в ток высокой частоты, обеспечивающий искробезопасность. Температурный интервал работ подрывных машинок от -10 до +30 °С. Применяются как в промышленных взрывных работах, так и в военном деле.

Ручная граната

Ручная граната – боеприпас для ручного метания. Классифицируют ручные гранаты противопехотные (осколочные), противотанковые и специальные (дымовые, зажигательные и др.). Осколочные ручные гранаты делятся на наступательные и оборонительные, в зависимости от дальности разлета осколков. Ручные гранаты различают дистанционного (взрываются через определенное время после броска) и ударного (взрываются мгновенно при встрече с преградой) действия. Масса осколочной ручной гранаты 0,3—0,7 кг, разлет осколков (до 3000 шт.) в радиусе 15—200 м. Масса противотанковой ручной гранаты 1—1,2 кг. Впервые осколочные ручные гранаты появились в XVI в., а противотанковые – в годы Второй мировой войны. Известны ручные гранаты, которые могут выстреливаться из стрелкового оружия.

Наступательная ручная граната — осколочная граната дистанционного действия для поражения в наступательном бою живой силы противника. Пример наступательной ручной гранаты – граната РГД-5 (масса 0,31 кг время горения замедлителя запала 3,2—4,2 с, радиус разлета убойных осколков около 25 м, средняя дальность броска гранаты 40—50 м).

Оборонительная ручная граната — осколочная граната дистанционного действия для поражения в оборонительном бою живой силы противника.

Пример оборонительной ручной гранаты – граната Ф-1 (масса 0,6 кг, время горения замедлителя запала 3,2—4,2 с, радиус разлета убойных осколков около 200 м, средняя дальность броска гранаты 35—45 м).

Противотанковая ручная граната – кумулятивная ручная граната ударного действия для поражения бронированных целей противника. Действует наиболее эффективно при ударе о цель дном корпуса. Для направления полета дном вперед служит стабилизатор, расположенный в рукоятке и раскрывающийся при метании гранаты. Пример противотанковой ручной гранаты – граната РКГ-3 (масса 1,07 кг, средняя дальность броска 15—20 м, бронепробиваемость под углом 30° от нормали до 220 мм).

Свинца азид

Свинца азид (азид свинца) – инициирующее взрывчатое вещество, свинцовая соль азотисто-водородной кислоты, белый кристаллический порошок. Теплота взрыва 1,5 МДж/кг. Взаимодействует с медью, поэтому применяется в капсюлях-детонаторах с алюминиевой оболочкой.

Инициирующая способность в 5—10 раз выше, чем у гремучей ртути.

Тенерес (тринитрорезорцинат свинца, ТНРС)

Тенерес – инициирующее взрывчатое вещество. Представляет собой золотисто-желтые, темнеющие на воздухе кристаллы. Обладает высокой чувствительностью к тепловым и механическим воздействиям. Детонирует от луча огня или раскаленной докрасна проволоки.

Чувствительность к удару падает с увеличением влажности.

Скорость детонации 5,2 км/с при плотности 2900 кг/м3. Инициирующее действие выше, чем у гремучей ртути.

Применяется в капсюлях-детонаторах вместе с азидом свинца. Впервые получен во Франции в 1808 г.

Тетрил

Тетрил (тринитрофенилметилнитрамин) – бризантное взрывчатое вещество повышенной (по сравнению с тротилом) мощности. Представляет собой белые кристаллы, желтеющие на свету; плотность 1,73 г/см3; нерастворим в воде. Скорость детонации 7,5 км/с, теплота взрыва 4,6 МДж/кг. Используют в капсюлях-детонаторах и детонирующих шнурах.

Тротил

Тротил (тол, ТНТ, тринитротолуол) – бризантное взрывчатое вещество. Бесцветные кристаллы при хранении желтеют. Температура плавления около 81 °С. Температура вспышки 290 °С. Теплота взрыва 4,19 МДж/кг. Максимальная скорость детонации 7 км/с при плотности 1,6 г/см3. Применяется для снаряжения боеприпасов и во взрывном деле.

ТЭН

Тэн (тетранитропентаэритрит) – бризантное взрывчатое вещество повышенной мощности с высокой детонационной способностью и чувствительностью к механическим воздействиям. Белое кристаллическое вещество. Температура плавления 141,3 °С (с разложением). Температура вспышки 200 °С, теплота взрыва 5,8 МДж/кг. Скорость детонации 8,3 км/с. Применяется для изготовления детонирующих шнуров, промежуточных детонаторов и вторичных зарядов в капсюлях-детонаторах.

Фугас

Фугас (от лат. focuc – «очаг», «огонь») – заряд взрывчатого вещества, заложенный внутрь какого-либо объекта, в грунт или, возможно, установленный под водой, который взрывается с целью нанесения урона противнику или создания препятствий, затрудняющих его перемещение. Некоторые виды фугасов кроме взрывчатого вещества могут содержать зажигательные вещества или смеси (огневой фугас), металлические осколки (осколочный фугас), камни (камнеметный фугас). С 70-х гг. XX в. вместо термина «фугас» часто применяется термин «заряд взрывчатого вещества».

Камнеметный фугас устраивался в виде ямы глубиной до 1,6—2 м с пологим откосом в сторону предполагаемого противника. На дне размещался заряд взрывчатого вещества, прикрытый чаще всего деревянным щитом, на который насыпались камни. При взрыве камни выбрасывались на расстояние до 150—300 м.

Огневой фугас снаряжается жидкой или загущенной (но текучей) огневой смесью. Для размещения огневой смеси используются различные емкости (бочки, бидоны, канистры и т. п.), а для ее выбрасывания и воспламенения – заряд бризантного взрывчатого вещества и средства воспламенения.

Осколочный фугас снаряжается специально подготовленными металлическими осколками (куски металла, рубленая проволока и пр.). И по принципу действия и по устройству осколочный фугас аналогичен камнеметному.

Подводный фугас закладывается в непроницаемой для воды оболочке под водой на небольшой глубине или в грунт дна. При взрыве создает препятствие, затрудняющее преодоление водной преграды вброд, или наносит урон противнику в живой силе и технике. Используются при устройстве противодесантных заграждений.

Химический фугас представляет собой корпус, снаряженный отравляющим веществом и зарядом взрывчатого вещества, обеспечивающего выброс и дробление отравляющего вещества, и имеющий взрыватель. Может устанавливаться как самостоятельно, так и для усиления минных полей и других инженерных заграждений с целью затруднения их преодоления. В настоящее время химические фугасы, использующие отравляющие вещества, большинством стран мира запрещены в связи с запретом химического оружия как оружия массового поражения.

Электродетонатор

Электродетонатор (электрозапал) – устройство для возбуждения детонации заряда взрывчатого вещества с помощью электрического тока. Состоит из капсюля-детонатора и электровоспламенителя, размещенных в одной гильзе. Для инициирования электродетонатора в качестве источников тока используют взрывные машинки. Иногда применяется силовая или осветительная сеть. Существуют конструкции электродетонаторов с мостиком накаливания, токопроводящим воспламенительным составом и искровые. По времени срабатывания классифицируют промышленные электродетонаторы мгновенного, короткозамедленного и замедленного действия. В электродетонаторах мгновенного действия инициирование капсюля-детонатора осуществляется непосредственно от электровоспламенителя, а в электродетонаторах короткозамедленного и замедленного действия – через замедляющий состав. По условиям применения и назначению электродетонаторы делятся на водостойкие и неводостойкие, нормальной и низкой чувствительности, антистатические, повышенной термоустойчивости, сейсмические. Электродетонаторы получили распространение при промышленных взрывных работах. В военном деле наибольшее распространение получили электродетонаторы мгновенного действия.

Ядерный заряд

Ядерный заряд – устройство, содержащее запас ядерной энергии, находящейся в определенных веществах, и приспособления, обеспечивающие быстрое освобождение энергии для осуществления ядерного взрыва. Ядерные заряды бывают двух типов, один из которых по традиции называется атомным, другой – водородным (термоядерным). Действие ядерного заряда 1-го типа (атомной бомбы) основано на освобождении ядерной энергии при делении некоторых тяжелых ядер урана или плутония; действие ядерного заряда 2-го типа (водородной бомбы) – на термоядерной реакции синтеза ядер гелия из более легких ядер (дейтерия, трития), при которой выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при распаде одинакового по массе количества делящегося вещества. В мире испытывались ядерные заряды мощностью от нескольких килотонн до нескольких десятков мегатонн тротилового эквивалента. Мощность ядерных зарядов определяется количеством содержащегося в заряде делящегося вещества или изотопов водорода и зависит от конструкции заряда, создающей условия для вступления в ядерную реакцию максимального количества вещества. Важнейшим элементом конструкции ядерного заряда является инициирующий заряд, который обеспечивает при взрыве сверхкритические условия для делящегося вещества в атомном заряде и необходимую температуру в термоядерном заряде. В последнем случае в качестве инициирующего заряда применяется атомный заряд. При употреблении ядерного заряда в качестве ядерного оружия его помещают в авиационную бомбу, боевую головку ракеты, в торпеду и т. п. В начале XXI в. ядерным оружием обладают Великобритания, Индия, Китай, Пакистан, Россия, США, Франция.

Глава 4 Боевые машины

Авианосец

Авианосец – военное судно, служащее аэродромом и базой для военной авиации на флоте.

В годы Первой мировой войны, когда впервые использовались в ходе боевых действий самолеты, возникла необходимость в создании аэродромов на море, относительно недалеко от места боя с возможностью заправки самолетов.

Впервые была осуществлена посадка биплана («Кертисс») летчиком Эли в 1911 г. на американский крейсер «Бирмингем». Авианосец был разработан и запущен в производство в конце Первой мировой войны. В это время русский летчик Л. М. Мациевич разработал проект самолета, способного сесть на край палубы морского судна. Но его идея оказалась не столь популярна, как разработка полковника М. М. Конакотина, который предложил устроить на старом броненосце «Адмирал Лазарев» взлетную палубу, ангар, лифт – самолетоподъемник и хранилище для бензина и масла. Но в связи с начавшимся Октябрьским вооруженным восстанием 1917 г. в производство данная разработка запущена не была. В конце 1920-х гг. некоторые крупные корабли начали оснащать несколькими поплавковыми разведчиками, которые размещались между дымовыми трубами. Первое время катапульты для запуска самолетов с данных судов выпускала германская фирма «Юнкерс». Но здесь были недостатки. Для того чтобы самолет мог сесть на борт, корабль должен был стоять. Применение авианосцев очень активно началось лишь в сороковые годы на Тихом океане в соединениях японских и американских военно-воздушных флотов. До начала Второй мировой войны Англия и США располагали шестью и пятью авианосцами. Однако уже в 1945 г., даже с учетом потерь, их количество достигло 54 и 98. Авианосцы были самым эффективным средством ведения боевых действий на море. Именно палубные самолеты уничтожили почти половину субмарин Германии и Японии. Совместно с линейными кораблями авианосцы сопровождали конвой в Атлантике и на Средиземном море, при высадке на севере Африки и на юге Франции. После Второй мировой войны «лишние» авианосцы англичане и американцы продали партнерам по военно-политическим блокам.

До сих пор эти авианосцы используются в вооруженных силах Аргентины и Бразилии. В 1950-е гг. советская военная доктрина определила авианосец как оружие агрессии, и поэтому Н. С. Хрущев запретил их выпускать, «так как наша страна была самая миролюбивая в мире». С конца Второй мировой войны во всех странах создаются специальные военно-морские соединения, состоящие на базе авианосцев. Пока Советский Союз терял драгоценное время, Италия в 1964 г. заложила крейсер «Витторио Венетто» для девяти противолодочных вертолетов. Позже начала строить авианосец «Джузеппе Гарибальди» для 18 вертолетов. В это время Испания приступила к строительству авианосца «Принсипе де Астуриас». Во Франции со стапелей сошли два авианосца типа «Клемансо» для 30 самолетов и 12 вертолетов, а также был создан первый авианосец нового типа «Инвисибл». Советский же Союз осознал необходимость авианосцев лишь в конце 1960-х гг. для транспортировки противолодочных вертолетов К-25. К 1990-м гг. в США было 15 авианосцев, восемь из которых атомные. На каждом авианосце базируется до 100 штурмовиков, истребителей, противолодочных самолетов и различных вертолетов, стартующих с помощью мощных паровых катапульт. В Советском Союзе в этот же период было всего лишь четыре авианесущих противолодочных крейсера типа «Минск», «Тбилиси» с самолетами-перехватчиками Су-27, МиГ-29, Як-38.

Существуют тяжелые и легкие авианосцы. Тяжелые несут до 120—140 одномоторных и двухмоторных самолетов; водоизмещение – до 55 000 т и выше; скорость хода 33 узла. Легкие авианосцы несут до 80—90 самолетов, чаще всего одномоторных, с водоизмещением 22 000—27 000 т и скоростью хода до 20 узлов. На авианосце располагается палуба для взлета самолетов, а также ангар для их хранения. Из ангара на палубу самолет подается с помощью специального лифта. На носу взлетной палубы находятся две катапульты, которые используются во время взлета самолета, когда из-за качки на море ему тяжело подняться в воздух. На авианосце располагаются специальные посты, отвечающие за управление самолетом, его связь и наблюдение за ним во время полета. При посадке самолет захватывает над палубой один из 12 тросов, которые протянуты к тормозным устройствам. Это позволяет самолету затормозить всего лишь за 30—40 м без большого пробега. Все 12 тросов вместе называются аэрофинишером. Если авианосец атакуется авиацией противника, то используется своя средняя и мелкая артиллерия.

Авианосцы различают эскадренные и конвойные. Эскадренные авианосцы обеспечивают расположенной на них авиации возможность нанесения ударов по объектам противника и для ведения разведки. Конвойные авианосцы с расположенной на них авиации уничтожают самолеты и подводные лодки противника, чтобы дать своим судам передвигаться по морским просторам в нужном направлении. Из-за своей слабости перед подводными лодками и авиацией противника авианосцы ходят под прикрытием миноносцев и сторожевых кораблей. Тем более что себестоимость авианосца крайне дорогая. Сегодня развитие авианосцев является одной из основных задач новейшей военной техники, так как может использоваться в качестве атомного носителя в период военных столкновений.

Амфибия

Амфибия – это способная передвигаться по суше и воде машина. Сюда относятся самолеты-амфибии, плавающие танки и автомобили.

В начале XX в. все чаще вставал вопрос о необходимости использования авиации, автомобилей и танков на военном флоте. Были созданы колесные самолеты, способные подниматься в воздух с палубы, а также специальные подъемные краны, но было недостаточно удобно применять в ходе боевых действий, поэтому от Международной авиационной выставки поступил заказ на создание самолета, способного садиться на воду и даже плавать при определенном состоянии водной поверхности.

Первый в мире подобный самолет, напоминающий лодку, был создан русским инженером А. Ф. Можайским. Чуть позже Я. М. Гаккель доработал его модель и получил амфибию, за что на Международной авиационной выставке получил в 1911 г. серебряную медаль. К этому же периоду относится создание летающей лодки О. С. Костовичем и постройка гидросамолета французским инженером Фарбом. Подобные летательные аппараты получили название «гидросамолет», но остались различными по своим взлетно-посадочным устройствам.

Амфибии бывают однолодочными и поплавковыми. Шасси при взлете или при посадке на воду убирается в поплавок, что делает ее незаменимой в местах, где много рек и озер, но абсолютно невозможно сесть обычному самолету. Для того чтобы амфибия во время взлета или посадки не разбила днище, ему придается килеватая форма, а рядом с поплавками – поперечные уступы, называющиеся реданом. Каждый поплавок имеет два редана. Передний редан создает гидродинамическую подъемную силу при разбеге. Задний редан обеспечивает угол дифферента при движении на воде.

Амфибии бывают как деревянными, так и цельнометаллическими. Ценят в амфибии ее плавучесть, способность сохранять на воде равновесие, непотопляемость, маневренность на воде и способность выдерживать волнение и ветер на море, но максимальная скорость амфибии ниже скорости обычного самолета, что делает ее менее популярной. В нашей стране первый самолет-амфибия – «Ш-1» был построен В. Б. Шавровым в 1929 г. Используется чаще всего самолет-амфибия в Сибири и на Дальнем Востоке в качестве машины медицинской помощи и связи.

Танк-амфибия отличается от остальных танков своей способностью передвигаться по воде с помощью дополнительного поплавка. Чтобы танк мог передвигаться, его делают более легким, т. е. у него крайне легкая броня, легкая пушка и один или два пулемета. Скорость движения танка достигает 6—10 км/ч.

По воде танк движется вперед благодаря толкающим винтам, которые приводятся в движение двигателем. Как по воде, так и по суше танк двигается при помощи гусениц. Корпус танка-амфибии герметизирован. На случай пробоины в нем находится водооткачивающий насос. Танки-амфибии применялись во Второй мировой войне в боях на Тихом океане.

Автомобили-амфибии – это плавучие автомобили, используемые в штабных и разведывательных работах. Плавучесть обеспечивается за счет большого объема кузова, выполненного из легких материалов. Все повороты обеспечиваются с помощью винта или лодочного руля.

Аркбаллиста

Аркбаллиста – боевая метательная машина, необходимая в бою для поражения живой силы врага и его конницы.

В древние времена, когда появлялось большое количество разнообразных метательных машин, встала необходимость в создании такой машины, которая могла бы уничтожать противника, не применяя большого количества людей.

Появилась машина-аркбаллиста, которая соединила в себе элементы метательной машины-баллисты и арбалета. Из-за своего большего веса она устанавливалась на пару больших деревянных колес и имела в качестве убойного средства крупную стрелу, которая не давала выбора противнику.

Артиллерийский корабль

Артиллерийский корабль – это военный корабль, оснащенный артиллерийскими орудиями любого типа, целью которых является уничтожение с помощью артиллерии как судов противника, так и береговых объектов.

В истории много военных действий, в которых принимали участие различные суда речного и морского флота.

На данных судах перевозились воины, устанавливались баллисты и катапульты, зачастую судно использовалось как водный таран. Но с развитием артиллерийского вооружения появилась возможность использовать его в качестве основной боевой силы на военно-морских судах флотов.

В XIV в. на парусных кораблях брандеры были заменены бомбардами. Чуть позже на линейных кораблях было установлено артиллерийское вооружение, имевшее калибр 120—135 мм и весившее 60 фунтов. Такие орудия постоянно совершенствовались в боевых действиях. Одним из известных сражений, где применялись такие орудия, является Синопское сражение 1853 г., когда русский флот под руководством П. С. Нахимова смог заблокировать главные силы турок, расстрелять все корабли и уйти практически без потерь. С момента появления парового флота начали устанавливаться на кораблях нарезные орудия с большей дальностью полета снаряда. Одними из первых артиллерийскими кораблями были названы плавучие батареи и русский броненосец «Петр Великий», на котором было установлено четыре орудия 305-мм калибра. К началу XX в. артиллерийские корабли делились на броненосцы, крейсеры, мониторы и канонерские лодки. Но в 1914 г. происходит дополнение классов артиллерийского корабля. Появился класс линкоров, имевших орудия до 356-мм калибра. Данных орудий было от 12 до 20 на каждом судне. Класс крейсеров имел на своем борту до 14 152-мм орудий. Мониторы и канонерские лодки имели орудия меньшего калибра, но также активно использовались в ходе боевых операций.

Сегодня ни один военно-морской флот мира не может себе представить боевой корабль, не имеющий на своем борту ракетных или артиллерийских установок. Еще длительное время артиллерийские корабли будут являться частью любого военно-морского флота.

Баллиста

Баллиста – разновидность метательной машины для разрушения стен крепостей во время осады с помощью упругих скрученных веревок.

Баллиста отличалась от всех метательных машин дальностью полета ядра, его высотой, временем полета, углом возвышения, что отвечало тактическим требованиям. Существовали баллисты вплоть до V в. Ядро весило около 30 кг. Иногда вместо ядра использовались для метания тяжелые стрелы, бревна длиной до 3,5 м, которые из-за того, что были обиты железом, могли пробить плотный забор, состоящий из четырех рядов, бочки с зажигательной смесью. Баллисту обслуживало в бою несколько человек. В зависимости от того, сколько было заряжающих, длилось само приготовление к выстрелу – от 15 мин до 1 ч. Метали снаряды на расстояние до 1 км.

«Барс»

«Барс» – это подводная лодка, построенная в 1903—1915 гг. И. Г. Бубновым. Выполняет функции подводного минного заградителя.

С древних времен люди постоянно задумывались о создании такого оружия, которое было бы способно атаковать противника и в воздухе, и на море, и под водой.

Одновременно с этим продумывались и варианты защиты от предполагаемых боевых машин. В России попытка создать подводную лодку была во времена правления императора Петра I. Конечно, в XVIII—XIX вв. практически невозможно было создать такую машину, так как не было нужного оборудования, не было нужных расчетов физических и химических данных, способных опустить лодку под воду, а позже поднять ее на поверхность воды. Мечта же о судне, способном плавать на глубине моря, осталась.

В Санкт-Петербургском институте инженерами И. Г. Бубновым и М. П. Налетовым были созданы проекты подводных лодок, которые смогли на несколько десятилетий определить тип подводных лодок России. Эти лодки были следующими после таких подводных лодок, как «Дельфин», «Касатка», «Минога» и «Акула». Новые лодки были названы «Барс» и «Краб».

Лодка была водоизмещением 650 т, при длине 68 м и ширине 4,8 м она передвигалась со скоростью 11, 5 узла. Рабочая глубина погружения лодки – 50 м, в критической обстановке лодка могла опуститься до 100 м. Она была вооружена двенадцатью торпедными аппаратами, двумя орудиями и пулеметом. Экипаж составлял 33 человека. «Барс» активно использовался в годы Первой мировой войны в сражениях на Балтийском море. За данный период было заложено 24 идентичные подводные лодки, две из которых должны были играть роль минного заградителя.

После заключения мирного договора в 1918 г. в г. Бресте подводные суда, оставшиеся в руках большевиков, не могли использоваться, так как не было достаточного образования у рабочих и крестьянских подводников.

Лишь после Гражданской войны, в период новой экономической политики начали создаваться военные школы по подготовке личного состава подводников. С этого момента «Барс» и лодки подобной модификации являются учебными судами для начинающих подводников.

БВ 206С

БВ 206С – шведский бронетранспортер, изготовляемый компанией «Хейлунде Викл» с 1981 г.

На его обслуживание требовалось два члена экипажа, а перевозил бронетранспортер 12 пехотинцев. Мощность его двигателя составляла 136 л. с. при скорости 55 км/ч. Броня предполагала защиту только противопульную. Но маневренные качества этого вида бронетранспортеров «окупали» низкую броневую защиту.

Бронетранспортер БВ 206С сначала поступил на вооружение в шведскую армию, а позже «Хейлунде Викл» начала продажу этого бронетранспортера армиям различных стран. Этот бронетранспортер в разное время стоял на вооружении в армиях более чем 30 стран. Также он послужил основой для других бронетранспортеров.

«Березина»

Название одного из лучших по тем временам советских танкеров военного снабжения. Построен в 1978 г. на заводе им. 61 Коммунара в Николаеве. Установленное на нем оборудование позволяло обслуживать одновременно три судна с бортов и одно судно с кормы. Водоизмещение танкера «Березина» составляло 14 000 т, длина – 212 м, ширина – 26 м, осадка – 12 м. Скорость этого танкера составляла 22 узла. Мощность двигателя – 54 000 лошадиных сил. На «Березине» располагалось 600 членов экипажа.

Танкер имел и свое вооружение, в число которого входило ПУ РЗВ SA-N-4, две 57-мм зенитные пушки, четыре системы «Гатлинг» 50-мм калибра, две шестиствольные противолодочные системы ПУ RBV 4500A. Возможно было размещение на его борту двух вертолетов Ка-25 «Гормон».

По своим вспомогательным качествам это судно выделялось из судов своего класса обслуживанием большего количества судов и более высокой скоростью обслуживания. Боевые качества танкера «Березина» позволяли ему вести боевые действия против небольших кораблей противника и подводных лодок.

Боевая машина пехоты

Боевая машина пехоты – боевой гусеничный автомобиль, предназначенный для транспортировки мотострелкового отделения с целью отражения атак неприятеля, создан в Царском Селе в 1909 г.

Вооружение боевой машины пехоты составляет одна пушка малого калибра и 1—2 малокалиберных пулемета. Скорость боевой машины пехоты 65—100 км/ч.

Особенности конструкции боевой машины пехоты позволяют вести бой, не выходя из нее. Помимо членов экипажа (2—3 человека), боевая машина пехоты вмещала 6—9 мотострелков.

Боевая разведывательная машина

Боевая разведывательная машина – это гусеничная бронированная машина повышенной проходимости, используемая для поддержки в бою пехоты и для разведки.

Боевая разведывательная машина оснащена 73-мм пушкой и спаренным с ней 8-мм пулеметом. Также в нее устанавливаются дальномер, навигатор, миноискатель, радиолокатор, прибор химической разведки, приемник-пеленгатор и автономный бензоэлектрический зарядный агрегат. Экипаж состоит из шести человек: командира, водителя, оператора, штурмана и двух разведчиков.

Бомбардировщик

Бомбардировщик – боевой самолет, необходимый для уничтожения всех наземных целей, а также объектов на море.

К началу XX в. в усложняющейся международной обстановке появилась необходимость в усовершенствовании военной техники. В первую очередь обращали внимание на те виды оружия, которые могли уничтожить как можно больше сил противника. С наименьшими потерями это можно было сделать для себя лишь с воздуха. Поэтому появилась необходимость в создании самолета, сбрасывающего бомбы с воздуха.

Бомбардировщик.

Первый бомбардировщик был испытан в 1911 г. в ходе боевых действий между итальянской и турецкой армиями. Запущен же был в производство лишь в годы Первой мировой войны. Значение бомбардировщиков очень быстро росло. Многие инженеры стремились их модернизировать, что привело к возрастанию их удельного веса в составе военно-воздушных сил. В России первый бомбардировщик «Илья Муромец» был разработан и изготовлен в 1913 г. Его вес – 3,5 т, полезная нагрузка составляла 1440 кг. В 1914 г. на «Илье Муромце» был совершен по тем временам невиданный рекорд. Бомбардировщик с 15 пассажирами на борту смог пролететь 13 ч. В 1929 г. А. Н. Туполев создал двухмоторные и четырехмоторные бомбардировщики ТБ-1 и ТБ-3.

Из-за того что по тем временам эти бомбардировщики были единственными, в которых существовала система охлаждения, они были взяты за основу в создании своих самолетов фирмами «Боинг» (США), «Юнкерс» (Германия). В тридцатые годы бомбардировщики разделили на фронтовые и стратегические. Фронтовые бомбардировщики использовались для поддержки своих войск в бою с воздуха. Стратегические бомбардировщики предназначались для самостоятельных действий на территории противника. Например, фашистская Германия использовала бомбардировщики для уничтожения танков, автомобилей, авиации на аэродромах противника, а также для дезорганизации производства и передвижения людей в тылу врага. Английские бомбардировщики уничтожали только морские суда противника. Американские бомбардировщики предназначались для выполнения боевых операций на суше и на море вдали от своих баз. Советские бомбардировщики стремились к уничтожению авиации противника на его аэродромах, а также поддерживали сухопутные войска в ходе боевых операций. Самыми известными бомбардировщиками с моторами жидкостного охлаждения были: американские – «Мартин-167», «Дуглас-ДВ-7», «Дуглас-А-20Аи», «Боинг-Б-17» весом 30 000 кг, бомбовой загрузкой до 5 т, с максимальной скоростью 450—500 км/ч, с максимальной дальностью полета 4 800 км, с 13 пулеметами и 11 членами экипажа.

Английские бомбардировщики «Бристоль», «Бленхейм», «Авро Линкольн» обладали весом 32 200 кг, загружали до 7 т при скорости полета 500 км/ч. Но при такой же дальности полета, как и у американцев, имели на вооружении всего семь пулеметов и семь членов экипажа.

Активно применялись в ходе Второй мировой войны всеми воюющими сторонами. В 1945 г. впервые были использованы для сброса атомных бомб на японские города Хиросиму и Нагасаки. Являлись основной ударной силой с воздуха на море. В крупных сражениях были прикрыты истребителями. Сегодня чаще всего речь идет о пикирующих бомбардировщиках, способных со скоростью до 1000 км/ч пролетать расстояние до 10 000 км, неся на своем борту до 1000 кг. Такое большое количество бомб на борту помогает создать при бомбардировке большую плотность огня, а пулеметное вооружение на борту обеспечивает защиту в бою с истребителями противника. Автоматизированные усовершенствования в бомбардировщике позволяют производить точное бомбометание, наблюдение и фотографирование объектов противника, распознавание самолетов в ночном небе. То есть на сегодняшний момент бомбардировщик является одним из основных воздушных технических боевых средств на вооружении армий всех крупных государств.

Бомбардирский корабль

Бомбардирский корабль – боевое судно, предназначенное для применения в боевых действиях с использованием мортир, орудий большого калибра, способных метать бомбы, конца XVII – начала XIX в.

К XVI в. в период борьбы за получение новых колоний появилась необходимость в создании двух– или трехмачтовых парусных кораблей, которые бы имели неплохую артиллерию для уничтожения прибрежных крепостей, сохраняя живую силу. Поэтому было создано судно с прочным корпусом, малой осадкой, с двумя прямыми и одним косым парусом. Бомбардирские корабли, имеющие на верхней палубе артиллерию, не имели фок-мачты.

Длина бомбардирского корабля была от 20 до 30 м при ширине от 6 до 10 м. На судне могло находиться до 50 человек экипажа. Вооружен такой корабль был 18 мортирами и 12 единорогами, орудиями малого калибра. Только лишь кронштадтские плоскодонные корабли имели на своем борту до 44 орудий крупного калибра.

Бомбардирский корабль использовался для обстрела береговых линий разрывными пороховыми снарядами. В России впервые применялись при осаде крепости Азов в 1696 г. и существовали вплоть до Крымской войны 1853—1856 гг.

Бриг

Бриг – двухмачтовое морское судно, используемое в период Нового времени как для ведения боевых действий, так и для перевозки товара.

Изначально бриг представлял собой двухмачтовое военное судно водоизмещением до 150 т. На нем располагалось до 20 легких орудий. Чаще всего судно использовалось для охраны торгового груза от грабительских действий пиратов. Купеческий бриг водоизмещением до 300 т по своему технико-тактическому устройству напоминал трехмачтовый корвет и использовался для перевозки грузов на относительно небольшие расстояния. Широко известны бриги русского флота, такие как «Фемистокл», «Меркурий» и «Рюрик», который совершил кругосветное путешествие в 1815—1818 гг. Бриг «Меркурий» имел на своем борту 24 пушки и отличился в бою против шведского фрегата «Венус» с 44 пушками. На бриге «Меркурий» был захвачен шведский тендер «Сноппуп», за что команда получила боевые награды. Чуть позже бриг принимал участие в Ревельской морской операции.

В начале XIX в. был построен новый бриг с таким же названием, но с меньшим количеством пушек. В 1829 г. новый 18-пушечный бриг под командованием А. И. Казарского встретился в Босфорском проливе с шестью линкорами, двумя фрегатами и двумя корветами турок. Бой был выигран «Меркурием». Он, несмотря на пробоины, догнал эскадру и присоединился к ней для ведения боевых действий.

Бригантина

Бригантина – морское судно в корпусе шхуны, имеющее парусное вооружение брига. Выделялась из морских кораблей своей быстроходностью, которая была обеспечена сплошной верхней палубой, одной или двумя парусными мачтами. Быстроходное судно длиной до 19 м и шириной до 3,4 м имело на своем борту до 12 артиллерийских орудий разного калибра и экипаж, состоящий из 70 боевых матросов.

Чаще всего бригантинами пользовались разбойничьи или пиратские экипажи для захвата торговых кораблей в Черном, Азовском и Средиземном морях. К XVII в. бригантины стали необходимы для выполнения десантных операций в Черном и Средиземном морях, а также для переброски военных грузов и живой силы в Балтийском море.

К началу XVIII в. различные средиземноморские и черноморские государства имели совместно около 250 бригантин. В Балтийском море только русских, английских и испанских бригантин было около 200. К XIX в. бригантины чаще всего начали играть роль учебного судна.

Бронеавтомобиль

Бронеавтомобиль – бронированная машина повышенной проходимости, созданная для ведения разведки и участия в боевых действиях.

История создания бронеавтомобиля началась с появления серийных автомобилей, которые были оснащены компактными двигателями внутреннего сгорания. Первым бронеавтомобиль попытался сделать в 1885 г. англичанин Дж. Коуен. Он закрепил на кузове парового автомобиля бронепластины, установил на нее восемь малокалиберных пушек и даже продумал посадочные места для 50 солдат. Но данная громоздкая конструкция, двигавшаяся по дороге со скоростью 8 км/ч, военных не заинтересовала. В начале XX в. в России русским офицером М. А. Накашидзе был создан бронеавтомобиль «Остин-Путиловец», который использовался в период Гражданской войны и с которого произнес свою историческую речь в апреле 1917 г. В. И. Ленин. В октябре 1914 г. таких бронеавтомобилей было 15, из них сформировали военное подразделение, которое вступило в бой 20 ноября 1914 г. Изготавливаемые на Путиловском и Ижорском заводах бронеавтомобили закупали шасси на английском предприятии «Остин» и американском «Фиате». С 1915 г. на бронеавтомобили начали устанавливать пушки, а бронеавтомобиль «Гарфорд-Путиловец» оснащался горной короткоствольной пушкой и применялся в военных действиях на Кавказе. К началу 1917 г. в российской армии было 13 дивизионов бронеавтомобилей, состоящих из 300 машин. После Гражданской войны запускаются серийные броневики БА-27 и БА-64, используемые советскими воинами в качестве грозного оружия, которое впервые применяет маскировочную окраску. В годы Великой Отечественной войны в разведывательных целях создавались фанерные лжеброневики, для дачи немецким летчикам ложной информации. Сегодня можно говорить о том, что бронеавтомобиль явился «прадедушкой» бронетранспортера.

Броненосец

Броненосец – боевое морское судно, обшитое кованым железом либо медными или стальными пластинами, использующее артиллерию крупного калибра и являющееся основным классом кораблей конца XIX – начала XX в.

Причина, по которой становится необходимым бронировать корабли, была связана с улучшением артиллерийского оружия, которое было способно единым залпом уничтожить военно-морское судно. Поэтому в XIX в. появляются броненосцы во всех военно-морских флотах крупнейших капиталистических стран.

В 1861 г. было впервые бронировано русское судно (частично). Это была канонерская лодка «Опыт». Полное же бронирование было осуществлено на фрегатах «Севастополь» и «Петропавловск» в том же году. Первым русским броненосцем явилась английская плавучая батарея «Первенец». В 1864 г. вышел первый броненосец, построенный в России, который назывался «Не тронь меня». Он имел железный корпус. В 1863 г. началась постройка однобашенных лодок типа «Ураган». Броненосцы делились на казематные, брустверные и башенные (по способу защиты орудий). Первым бруствернобашенным кораблем стал «Петр Великий», спущенный на воду в 1877 г. В дальнейшем усовершенствование броненосцев шло по пути улучшения брони и вооружения. Рост качества брони в конце XIX в. сделал возможной установку более тонкой брони на броненосцах. С 1892 г. различают эскадренные броненосцы и броненосцы береговой охраны. Первые использовались в морских сражениях в составе эскадры, вторые – в обороне прибрежных районов и в боях с береговой артиллерией.

Водоизмещение береговых броненосцев составляло 10 000—17 000 т при скорости 18 узлов и дальности плавания 6000—8000 миль. На них устанавливалось 2—4 орудия 305—452 мм, большое количество орудий малого калибра и 4—6 торпедных аппаратов. Броня составляла до 450 мм. Наиболее крупными и хорошо вооруженными броненосцами являлись «Андрей Первозванный», «Цесаревич» («Гражданин» с 1917 г.) и «Император Павел I» (с 1917 г. «Республика»).

Русский броненосный флот принимал участие в русско-японской войне 1904—1905 гг. Война показала основные недостатки этого класса кораблей. К ним относятся низкая скорость, маленькая дальность плавания, плохая остойчивость и др. Последними русскими броненосцами являются спущенные на воду в 1911—1912 гг. корабли «Евстафий», «Иоанн Златоуст», «Андрей Первозванный» и «Император Павел I». В 1907 г. броненосцы с орудиями более 305 мм причислены к линейным кораблям.

В истории России широко известен броненосец «Князь Потемкин-Таврический» своим восстанием в годы первой русской революции 1905—1907 гг. В этот период матросы броненосца, подняв красный флаг и не получив поддержки эскадры, ушли в Румынию, так и не сдавшись царским властям.

Другим известным броненосцем был «Громобой», спущенный на воду в Санкт-Петербурге в 1899 г. На его борту было четыре орудия 203-мм калибра, 22 орудия 152-мм калибра, 30 мелких орудий, четыре пулемета и четыре подводных минных аппарата. Только в 1904 г. «Громобой» затопил свыше десяти японских судов, принял участие в морском сражении против отряда японских крейсеров в Корейском проливе и выиграл его. В мае 1905 г. подорвался на мине заграждения, но смог дойти до берега. Был отремонтирован. В Первую мировую войну сражался в составе Балтийского флота.

Сегодня броненосцы применяют в качестве обороны береговой линии и для ведения боевых действий в стесненных районах. Водоизмещение современных броненосцев 4000—8000 т. Скорость хода 15—25 узлов. Броненосцы вооружены четырьмя орудиями 254—280-мм; 6—8 орудиями 120-мм; 8—12 зенитными пушками.

Бронепоезд

Бронепоезд – бронированный паровоз с двумя бронированными вагонами, которые были вооружены как минимум двумя орудиями и десятью пулеметами.

В сентябре 1851 г. после введения в эксплуатацию железной дороги Москва – Санкт-Петербург были созданы две кондукторские и одна телеграфная рота, но именно тогда в связи с развитием науки и техники заговорили о том, что во время боевых сражений, чтобы вывезти раненых, необходимы будут железнодорожные составы, защищенные от выстрелов и взрывов. Изначально в конце XIX в. были сконструированы бронированные дрезины. К началу XX в. появились первые бронепоезда, которые активно использовались в России в период Гражданской войны. В то время в боевых действиях участвовало около 250 бронепоездов. Бронепоезд использовался в конце XIX – начале XX вв. для сопровождения войск сильной огневой поддержкой и для ведения боевых действий на железных дорогах.

Бронетранспортер

Бронетранспортер – боевой колесный автомобиль, применяемый для переброски пехотинцев на большие расстояния и выполнения роли прикрытия как бойцов, так и оружия. Впервые о боевых колесных машинах, защищенных броней и имеющих пулеметное, пушечное или смешанное вооружение, заговорили в самом начале ХХ в., когда шло обсуждение сложного геостратегического положения России. Тогда встал вопрос о необходимости быстрого передвижения пограничников, а в случае начала боевых действий – пехотинцев. Первый БТР был построен в 1905 г., но в серийное производство запущен не был. Бронетранспортер (БТР) начал создаваться после Второй мировой войны для переброски и прикрытия пехоты. Используя опыт в ведении боевых действий, когда солдаты перемещались на танках, стало понятно, что необходим автомобиль с большей скоростью передвижения и большей вместимостью пехотинцев.

Это бронированный автомобиль, на котором передвигается мотострелковое отделение, состоящее из девяти бойцов: командира, пулеметчика, старшего стрелка, снайпера, двух стрелков, водителя, гранатометчика и его помощника. Все вооружены автоматами Калашникова для ведения огня на расстоянии до 800 м при скорострельности очередями 100 выстрелов в минуту, а одиночными до 40 выстрелов в минуту. На БТР имеются противотанковые гранаты, ручные противотанковые гранатометы с дальностью выстрела до 100 м и пулемет Калашникова с темпом стрельбы до 650 выстрелов в минуту.

БТР широко используется в вооруженных силах государств, участвующих в региональных конфликтах.

Современные бронетранспортеры получили сварной усиленный корпус, дополнительное вооружение, также бронетранспортеры оснащены системой коллективной защиты боевого расчета, что значительно уменьшает потери экипажа бронетранспортера. К новому вооружению относятся ПЗРК «Игла» и гранатомет. Форма корпуса бронетранспортера также усиливает его защитные способности, так как повредить современному бронетранспортеру может только прямое попадание.

«Варяг»

«Варяг» – русский морской боевой крейсер, предназначенный для вывода миноносцев в атаку с поддержкой их артиллерией корабля.

«Варяг» был создан в 1899 г., а приступил к военной службе в 1901 г. Водоизмещение «Варяга» составляло 6500 т при скорости 23—24 узла. На нем было 12 пушек 152-мм, 12 пушек по 75 мм, восемь пушек по 47 мм, две пушки по 37 мм и 6 торпедных аппаратов. По своим технико-тактическим характеристикам «Варяг» выделялся из кораблей своего класса. Командиром «Варяга» был капитан 1-го ранга Руднев.

Утром 27 января 1904 г. «Варягу», который дислоцировался в корейской гавани Чемульпо, было дано официальное уведомление о начале войны, а также контр-адмирал Урио, командир японской эскадры, потребовал, чтобы крейсер «Варяг» и канонерская лодка «Кореец» ушли с рейда. В Чемульпо также располагались военные корабли других государств, но они, видя численное превосходство японской эскадры, в которую входили один броненосный крейсер, пять легких крейсеров и восемь миноносцев, отказались предоставить помощь русским кораблям. В. Ф. Руднев в своем обращении к матросам сказал: «Мы идем на прорыв и вступим в бой с эскадрой, как бы она сильна ни была… Мы не сдадим ни кораблей, ни самих себя и будем сражаться… до последней капли крови». «Варяг» и «Кореец» попытались пройти в Порт-Артур, но японская эскадра сразу же атаковала русские корабли. В 11 ч 50 мин начался этот бой. Весь экипаж «Варяга» проявил исключительное мужество. Даже тяжело раненные оставались у орудий. Капитан крейсера получил ранение в голову, но не ушел с мостика. В результате был потоплен японский миноносец и сильно повреждены два крейсера («Азимо» и «Такачио»). Однако сильные повреждения получил и крейсер «Варяг», у которого были подбиты почти все орудия, убиты 30 матросов и один офицер, ранено около 100 матросов и офицеров. Из-за полученных повреждений русские корабли были вынуждены вернуться в Чемульпо. Но из Чемульпо ушли все иностранные корабли, что давало возможность японцам атаковать «Варяга» с «Корейцем», и командир «Варяга» приказал взорвать канонерскую лодку и затопить крейсер.

Иностранные корабли приняли экипажи «Варяга» и «Корейца» и доставили их в Россию. «Варяг» же был поднят японцами и восстановлен с названием «Сойя».

«Вездеход»

«Вездеход» – боевая машина с бронированным корпусом, созданная в начале XX в., но используемая только как образец для создания танков.

К началу XX в., когда в Европе началось негласное деление Балканского полуострова, приведшее к I и II Балканским войнам, встал вопрос о создании машины, способной передвигаться по грязи и прикрывать собой живую силу пехотных частей. Это подтолкнуло военных инженеров к созданию необходимых образцов техники.

Русским изобретателем А. А. Пороховщиковым 1 февраля 1915 г. была создана легкая машина «Вездеход», которая вместо колес имела под днищем корпуса одну большую гусеничную ленту. Для того чтобы «Вездеход» не натыкался на жесткое препятствие, передний конец ленты был приподнят в виде полукруга. Масса «Вездехода» была около четырех тонн при длине 3,6 м и ширине 2 м. В отличие от танка «Вездеход» не имел башни, вместо этого стояло обыкновенное бронированное вооружение. Образец данной техники был одобрен и испытан, но не был запущен в серийное производство в связи с тем, что к этому моменту была создана более совершенная техника – танк.

«Веста»

«Веста» – военный пароход Черноморского флота, построенный в Англии и приобретенный Россией для переброски артиллерии.

В 40—50-е гг. XIX в. в Ньюкасле выпускались пароходы для перевозки пассажиров и розничных товаров большого общего веса.

Один из таких пароходов «Норма», построенный в 1856 г., был продан в 1858 г. в Россию. Изначально он использовался именно как товарно-пассажирское судно на Черном море. Но после того как в 70-е гг. XIX в. Россия решила восстановить военно-морской флот на Черном море, было решено «Норму» перестроить в вооруженный пароход, которому было дано название «Веста».

Водоизмещение вооруженного парохода 1800 т, при использовании парового двигателя скорость судна доходила до 12 узлов. В составе экипажа было 88 человек. Вооруженный пароход был оборудован пятью орудиями 152-мм калибра с четырьмя поворотными минбалками для постановки мин.

До начала Русско-турецкой войны 1877—1878 гг. «Веста» выполняла крейсерскую службу у российско-румынских берегов. 11 июля 1877 г. «Веста» встретилась в открытом море с турецким броненосцем «Фетхи-Буленд».

Начался неравный бой, который длился в течение пяти часов. Командир «Весты» Н. М. Баранов смог вплотную подойти к броненосцу и приказал ударить всеми орудиями по его башне. Броненосец ушел в свой порт, «Веста» вернулась к российским границам и продолжала участие в боевых действиях вплоть до полного окончания войны.

17 ноября 1887 г. «Веста» с моряками на борту затонула после катастрофического столкновения с другим судном у мыса Тархункут.

Вертолетоносец

Вертолетоносец – морское судно, предназначенное для транспортировки вертолетов, т. е. летательных аппаратов с вращающимся винтом (ротором), на основной несущей поверхности.

В качестве вертолетоносцев выступают обычно линкоры и крейсеры, которые имеют на своем борту до четырех вертолетов и запускают их с палубы при помощи катапульты. Но опыт Второй мировой войны показал нецелесообразность нахождения вертолетов на судне.

Лишь в 1980-е гг. благодаря возможной посадке вертолетов на палубу тип вертолетоносцев начал возрождаться для выполнения задач противолодочного охранения, а также наблюдения и связи.

Такой вертолетоносец был разработан в СССР в 1969 г. По тем временам это был один из самых мощных вертолетоносцев в мире.

На «Москве» могли размещаться 18 вертолетов. Он был оборудован противолодочной усовершенствованной установкой, двумя ракетными зенитными пушками, четырьмя зенитными пулеметами 57-мм калибра, двумя противолодочными ракетными пусковыми установками и десятью торпедными аппаратами.

На нем устанавливалась двухвинтовая паротурбинная двигательная установка, которая могла развить скорость до 30 узлов.

Вертолетоносец «Москва» – это почти идеальное противолодочное и противоавиационное судно, так как стоящее на нем вооружение подразумевает и уничтожение подводных лодок, и защиту от авиационных налетов. Броня, стоящая на вертолетоносце, защищала его даже от прямых попаданий орудий небольшого калибра.

Для своего времени вертолетоносец «Москва» – это сильнейший скачок вперед в развитии технологии построения и проектирования вертолетоносцев.

«Владимир»

«Владимир» – русский военный колесный пароходофрегат, используемый для защиты Черноморского побережья.

В 1848 г. в Англии было изготовлено несколько пароходофрегатов водоизмещением 1713 т при скорости около 12 узлов.

Один из таких пароходофрегатов был приобретен Россией, получил название «Владимир» и был отправлен в Севастопольскую военную часть под командование командира Г. И. Бутакова.

В Севастополе на судно установили семь орудий среднего и малого калибра. В ноябре 1853 г. пароходофрегат вступил в первый бой паровых кораблей с турецким пароходом «Перваз-Бахри», на борту которого было установлено десять пушек среднего калибра.

Турецкий пароход после 3-часового боя был пленен и доставлен на буксире в Севастополь. Во время обороны Севастополя «Владимир» постоянно принимал участие в боевых операциях на море и 31 августа 1855 г. вместе со всеми севастопольскими кораблями был затоплен для того, чтобы не пропустить англо-французский флот к городу.

Вспомогательные суда Военно-Морского Флота

Это целый класс кораблей, основной задачей которых является не прямое участие в боевых столкновениях, а различная помощь военным кораблям и их обслуживание.

К основным типам вспомогательных судов ВМФ относятся плавучие базы, суда комплексного снабжения, морские сухогрузы, госпитально-санитарные суда, экспедиционные и разведывательные суда, суда химической и радиационной защиты, ледоколы, буксиры и учебные суда и многие другие типы кораблей.

Применение вспомогательных судов ВМФ очень обширно. Это и дозаправка военных судов во время их дальних плаваний, и разведка морских акваторий перед подходом основных боевых сил. Ледоколы помогают прохождению военных судов в акваториях, покрытых льдом, способным повредить корпусу военных судов. Госпитально-санитарные суда играют роль плавучих больниц: они принимают на свой борт раненых и больных членов экипажей военных судов. Суда комплексного снабжения способны полностью обеспечить все потребности в питании, вооружении и боеприпасах военных кораблей, которые не могут принять большое количество такого груза на свой борт в связи со своим назначением. Учебные суда воспроизводят собой какие-либо военные суда, что позволяет обучать на них офицерский состав военно-морского флота.

Использование вспомогательных судов военно-морского флота позволяет увеличить маневренность, скорость, проходимость целых флотов. Сегодня многие вспомогательные корабли имеют на своем борту не только помогающие боевым кораблям устройства, но также несут на себе и вооружение, хотя и очень слабое, что увеличивает обороноспособность вспомогательного флота.

Галеас

Галеас – тип галерного боевого корабля, который появился в странах Европы в XVI в. и отличался от галеры большой длиной (до 80 м) и наличием трех парусов на трех мачтах.

К XVI в. многие страны Европы вошли в период географических открытий, когда экономически необходимо было наличие колоний.

Для поиска территорий, свободных для колониального захвата, были необходимы боевые корабли больше по размеру, чем галеры. Это и подтолкнуло судостроителей к разработке галеаса.

Разработанный боевой корабль был длиной 80 м и имел у южных мореплавателей три мачты, а у северных – две с большой грот-мачтой и короткой бизань-мачтой.

Судно имело острый киль, откинутый назад форштевень и закругленную корму. На судне устанавливалось до 60 пушек разного калибра.

Галеас был на вооружении Венеции, Испании, Франции, Голландии, Дании, Швеции и Германии. Галеас использовался как для захвата новых территорий, так и для пиратских действий.

Галера

Галера – гребное военное судно, выполненное из дерева, для ведения боевых действий у берегов.

Еще в древние века различные народы создавали военные суда для ведения боевых действий на реках и у берегов морей. С течением времени появилась необходимость в более скоростном судне. В Вавилоне, Ассирии и Египте создается военный гребной флот, на котором увеличивается число весел, что делает судно более подвижным.

Галера была около 40—50 м длины, 4,5—7,5 м ширины. Изначально галера имела один ряд весел по 16—25 пар, на которых сидело по 4—5 гребцов. Скорость передвижения на веслах доходила до семи узлов (13 км/ч).

К XIV в. на галеры устанавливалось пушечное вооружение в виде бомбард, кулеврин, фальконетов и камнеметов.

Галера применялась для ведения боевых действий на море. К XVI в. появились мачтовые галеры с латинскими треугольными парусами для быстрейшего передвижения. Но боевое маневрирование проводилось только на веслах. Именно поэтому работа гребца на галере была очень тяжелой и долгое время служила самым суровым наказанием для преступников, пленных и рабов. В России галерный флот был построен Петром I для осуществления Азовского похода. На русских галерах гребцами служили солдаты-рекруты. Позже, в Гангутском сражении 1714 г., в российском военно-морском флоте принимало участие 305 галер.

Галеон

Галеон – боевое военное судно, применяемое в средневековой Италии.

В военно-морском флоте различных европейских стран применялся ряд боевых кораблей, способных вести охранную, наступательную и разведывательную деятельность. Необходимо было судно более мощное по технико-тактическим показателям, способное атаковать противника.

Галеон отличался от галерного класса морских судов более коротким, но более широким корпусом. На носу галеона находилось артиллерийское вооружение. Судно передвигалось с помощью весел, которых было от 10 до 15 пар, и парусов, используемых при нужном направлении ветра.

«Гвоздика» 2С1

«Гвоздика» 2С1 – самоходная советская гаубица, разработанная в 1971 г.

Гаубичное орудие, стоящее на «Гвоздике», имеет 122-мм калибр. «Гвоздика» обладает скорострельностью в 4—5 выстрелов в минуту. Броня, защищающая «Гвоздику», облегчена, что повышает мобильность, но защищает только от пуль.

Гелеполь

Гелеполь – подвижная деревянная башня, которая применялась в древние века для осады крепостей.

После того как начали создаваться защитные крепости городов из камня с широкой кладкой стен, появилась необходимость в создании какой-либо техники, способной помочь уничтожить и стены, и город.

В исторических источниках описываются гелеполи, состоящие из нескольких этажей. Зачастую при подготовке захвата какого-либо города создавались гелеполи именно для данной битвы. На каждом этаже были отверстия – бойницы, на которых устанавливались метательные машины. Рядом с бойницей обязательно был опускающийся мостик, с помощью которого воины могли выйти на уже захваченную стену. На нижнем этаже гелеполя стояли большие резервуары с водой для тушения пожара, который мог возникнуть в ходе боя. Каждый этаж обслуживался находящимися здесь рабочими. Передвигался гелеполь с помощью рычагов и четырехзубчатых колес по настланным доскам.

Гидрокрейсер

Гидрокрейсер – военно-морской корабль, предназначенный для перевозки боевых самолетов, их спуска на воду и приема обратно для дозаправки и технического обслуживания.

В 1910 г. военным инженером М. Конокотиным была построена «авиаматка» для аэропланов, переделанная из судна «Адмирал Лазарев». В 1913 г. под гидрокрейсеры были переоборудованы пароходы «Александр I», «Николай II» и «Императрица Александра».

В годы Первой мировой войны гидрокрейсеры применялись для поиска подводных лодок и помогали в разработке новых способов ведения морского боя.

Гичка

Гичка – легкая быстроходная шлюпка с обрезной транцевой кормой.

Данная шлюпка была необходима для проведения военных операций по берегам морей и рек. Длина гички достигала иногда 10 м. Весла, за которыми сидело от четырех до восьми гребцов, устанавливались в шахматном порядке. Гичка была снабжена мачтой и парусом, что давало ей возможность легко передвигаться по волнам и нападать на противника в неожиданное время. Грузоподъемность в редких случаях достигала трех тонн.

Период, когда гичка использовалась как военно-морское техническое судно, отошел в прошлое. В наши дни гичку используют в армии для доставки посылок и передвижения морских офицеров. На территории Сибири и Дальнего Востока осовремененные гички являются средством передвижения в промышленном рыболовстве и зверобойстве. В спорте спортивные суда, напоминающие гички, с веслами от двух до десяти применяются в гребле.

Гребной корабль

Гребной корабль – военный корабль, приводимый в движение с помощью весел. Истории известны гребные корабли, созданные в древние времена из цельных стволов деревьев. Позже борта наращивались корой или досками и уже назывались ладьями. На Руси такие корабли называли чайками.

Все крепление таких кораблей осуществлялось путем «сшивания» деревянными штырями и пропиткой хвойной смолой. К XVII в. гребные корабли являются основой галерного флота. Гребные корабли подразделялись на галеры, скампавеи, галеасы и галеоны. К XVIII в. гребной флот был оснащен артиллерией и обязан был выполнять абордажные и десантные операции. Во второй половине XVIII в. гребные корабли были заменены парусными.

«Гремящий»

«Гремящий» – название нескольких кораблей военно-морского флота России.

Фрегат, заложенный 31 августа 1762 г. в Архангельске и собранный к 31 мая 1763 г., имел 32 пушки. Относился к флоту Белого моря. В 1765 г. передислоцирован в Кронштадт. Был списан в 1778 г.

Парусное артиллерийское судно, заложенное 20 декабря 1785 г. в Санкт-Петербурге и спущенное на воду 27 октября 1786 г., относилось к Балтийскому флоту. Списано в начале ХХ в.

Парусно-гребной бомбардирский катер, заложенный 4 февраля 1792 г. в Санкт-Петербурге и сошедший со стапелей 28 июня 1793 г., относился к Балтийскому флоту. Был вооружен 6 орудиями.

Парусный корвет, построенный 12 июля 1822 г. в Санкт-Петербурге, имел на вооружении 24 пушки. Списан в 1830 г.

Пароходофрегат, строившийся с 27 сентября 1849 г. по 30 августа 1851 г. на Охтенской верфи в Санкт-Петербурге, относился к Балтийскому флоту. Был вооружен четырьмя орудиями. Затоплен 29 сентября 1862 г. у острова Соммерс в Финском заливе в результате повреждения камнями.

Канонерская лодка имела на вооружении одно 229-мм орудие, одно орудие 152-мм калибра, 475-мм орудия, шесть орудий 47-мм калибра, четыре орудия 37-мм калибра и два торпедных аппарата. Принимала участие в Русско-японской войне 1904—1905 гг. в составе Тихоокеанской эскадры. Взорвалась на вражеской мине 18 августа 1904 г. и утонула.

Десантные корабли

Десантные корабли – морские суда, служащие для транспортировки морских десантников.

О создании судов, способных перевозить большие группы хорошо подготовленных бойцов, заговаривало любое правительство, ведущее боевые действия против государства, имеющего морские границы, уже в XVII—XVIII вв. Однако впервые десантирование солдат предпринял Наполеон Бонапарт в боях против Англии. Данная операция оказалась неудачной из-за того, что англичане были готовы к вторжению, так как их предварительно предупредил разведчик о предстоящей французской высадке. Но попытка французов дала толчок европейским инженерным умам в создании специального судна, способного быстро переправить десант в боевую точку, а в случае неудачи вывезти его из окружения.

Перед Первой мировой войной в России были созданы пехотно-десантные суда типа эльпидифоры, которые могли выполнять транспортно-высадочные задания для боевых подразделений и боевой техники. Но настоящего расцвета создание десантных кораблей достигло в период Второй мировой войны.

Десантные корабли подразделяются на пехотно-десантные, танко-десантные, десантные катера, десантные транспорты. Основная масса десантных кораблей во время Второй мировой войны имели размеры не более 17 м, а в ширину не более 4,3 м, при высоте бортов м и водоизмещением от 10 до 25 т. Лишь несколько кораблей Англии и США были больше. Их корабли имели длину до 120 м, ширину до 20 м, высота борта таких судов равнялась 8,5 м при водоизмещении груза до 2000 т. Их крупным недостатком было то, что танки в те времена не могли спускаться своим ходом на берег, поэтому предполагалось, что будут задействованы дополнительные силы для их спуска. Чаще всего на таком судне располагалось до десяти средних танков и до 250 человек. Десантные корабли вмещали до 80 человек, а пехотно-десантные корабли – 1000 солдат, пулеметы и несколько зенитных 20—40-мм орудий. Ходовая часть корабля была защищена броней. Корабль мог выдержать шторм на море до четырех баллов, чтобы выполнить задание точно по плану. Особенностью десантных кораблей является то, что они все имеют откидывающиеся трапы и раскрывающиеся сходни при ударе о берег. Если десантникам нужно высадиться в устье какой-либо реки, они используют понтоны и лодки, в достаточном количестве находящиеся на борту корабля.

Десантные корабли применяются для доставки и высадки десанта ударной группы войск, для переброски боевой техники на место боевой операции, если нет другой возможности ее доставить.

Дредноут

Дредноут – броненосец, построенный в Англии в 1905 г. Название переводится как «Неустрашимый».

От эскадренных броненосцев дредноут отличался своими основными военно-техническими качествами. Обладая водоизмещением 17 900 т при мощности турбин 27 500 л. с., он передвигался со скоростью 21 узел. На дредноуте поясная броня достигала 275 мм, а оконечная – 100 мм, палубная броня равнялась броне башни и боевой рубки и составляла 69 мм. Дредноут положил начало созданию мощнейших линейных кораблей начала XX в. На нем даже вооружение стояло выделяющее его изо всех военно-морских судов. На дредноуте было десять орудий по 305 мм и 24 орудия по 75 мм. В годы Первой мировой войны мощность дредноута была увеличена.

Российские военные инженеры отмечают, что даже Ф. Т. Джейн писал о том, что дредноут является прототипом русского броненосца «Чесмы», построенного в 80-е гг. XIX в. на трехбашенных установках.

«Ермак»

«Ермак» – русский ледокол, использовавшийся в начале ХХ в.

«Ермак» был спущен на воду с верфи Армстронг (Ньюкасл, Англия) в 1899 г. и куплен Россией. Название получил в честь известного атамана Ермака Тимофеевича. Этот корабль под командованием С. О. Макарова смог первым совершить плавание в Арктику (1899 г.). Год спустя этот ледокол получил радиограмму (впервые в истории!) от А. С. Попова.

Водоизмещение «Ермака» составляло 8730 т. Он был длиной 97,5 м, шириной м, с осадкой в 7,3 м при скорости 12 узлов. На «Ермаке» находилось 102 члена экипажа.

ИС-2

ИС-2 – тяжелый танк, разработанный в СССР и применявшийся в годы Второй мировой войны.

Масса танка этой серии составляла 46 т. Он был защищен броней в 90—120 мм, на нем устанавливались одна пушка 122-мм, три пулемета 7,62-мм и один пулемет 12,7-мм (зенитный). Мощность его двигателя составляла 520 л. с. при скорости 37 км/ч, на танке располагались 4 члена экипажа. По своим характеристикам танк ИС-2 очень сильно выделялся из остальных тяжелых танков. Его вооружение пробивало даже лобовую броню большинства танков, а собственная броня защищала членов экипажа практически от любого попадания. Однако по скоростным и маневренным качествам ИС-2 уступал многим танкам своего класса.

Истребитель

Истребитель – вид авиационной техники, относящийся к стратегической – фронтовой, способный уничтожать противника в воздухе. По своей скорости, маневренности и скороподъемности превосходит другие виды самолетов.

В XIX в. в период бурного развития науки и техники начинается массовое создание различных видов оружия и боевых машин. Появляется необходимость создания военного летательного аппарата, способного стрелять с воздуха и быстро передвигаться, что сделало бы данную машину менее уязвимой. В 1885 г. А. Ф. Можайский выкатил странное сооружение: лодку с деревянными ребрами, обтянутыми шелковой тканью и прикрепленными прямоугольными крыльями. Это был первый летательный аппарат, который в дальнейшем начнут модифицировать и создавать из него различные виды самолетов и амфибий.

Первый в мире истребитель С-16 был построен на Русско-Балтийском заводе в 1915 г. Именно на этом истребителе летчик П. Н. Нестеров отрабатывал тактику возможного воздушного боя. Данный истребитель применялся для сопровождения и охраны бомбардировщиков «Илья Муромец».

Самолеты-истребители используются во время боевых операций. В 1917 г. в России истребители составляли половину состава военно-воздушных сил, в Англии и США – около 41%, а в Австрии и Германии – около 37%. В этот период создаются как скоростные, так и маневренные истребители: И-5, И-15, И-153 («Чайка»), И-16.

В 1940 г. истребители МиГ-1, МиГ-3, Як-1 и Лагг-3 были признаны лучшими в мире, так как мощность их мотора составляла до 2400 л. с. при скорости 720 км/ч. Истребитель мог за пять минут подняться на высоту до пяти километров и участвовать в боевых операциях по радиусу до 400 км. Каждый истребитель был вооружен 4—6 пулеметами калибром 11—13 мм или 2—4 пушками калибром 20—23 мм. В этот же период в Англии и США имелись свои истребители повышенной дальности, такие как «Мустанг», «Лайтнинг» и «Тандерболт».

Большую популярность истребители получили в период Второй мировой войны.

В годы Великой Отечественной войны советская авиация ярко проявила себя в битвах под Москвой и Сталинградом, где добилась господства в воздухе. Это привело к тому, что уже в 1943 г. немецкое командование начало сокращать налеты бомбардировщиков и приступило к усилению истребителей. В конце Второй мировой войны благодаря применению реактивных двигателей истребитель стал развивать скорость до 1000 км/ч. Его подъем на высоту 10 км мог совершаться за 6 мин при вооружении 4—6 пулеметов или пушек. Дальность полета истребителя стала доходить до 2000 км.

Оборудование современных истребителей состоит из автоматических приборов самолетовождения, компьютерного контроля работы двигателя самолета, его радиолокационных установок, электрооборудования, сигнализации, освещения и питания механизмов.

Истребитель-бомбардировщик

Истребитель-бомбардировщик – боевой самолет, используемый как для уничтожения самолетов противника в воздухе, так и для нанесения бомбового удара по объектам и живой силе противника.

КА-50 «Черная акула»

КА-50 «Черная акула» – боевой вертолет, созданный и запущенный в серийное производство в СССР в 1977 г.

В США в это время приступили в разработке новейшего вертолета АН-64А – Apache. Противопоставить этому вертолету какой-либо из уже существующих Советский Союз не смог, поэтому вышла директива о начале разработок самолета, основные показатели которого должны превзойти показатели американского вертолета.

КА-50 «Черная акула» оборудован противотанковой управляемой установкой, сверхзвуковыми противотанковыми ракетами «Вихрь», область поражения которых составляет до 10 000 м, пушкой 2А42, системой аварийного принудительного покидания вертолета, которая явилась первой в мире катапультной системой для вертолетчиков. Численность экипажа – один человек. Размеры жизненно важных частей вертолета уменьшены, усилено их бронирование, что позволило увеличить живучесть вертолета.

Благодаря использованию литой стальной брони, вес вертолета не сильно отличается от веса вертолетов того же класса, а его защитные качества выросли в разы.

Вертолетчик защищен лучше, чем в других вертолетах, что уменьшает и смертность, и травматичность вертолетчиков. Рулевой винт, характерный для вертолетов, у КА-50 «Черной акулы» вообще отсутствует, что позволяет ему продолжать бой даже после попадания снаряда в хвостовую часть вертолета.

Тактико-технические показатели КА-50 «Черной акулы» позволяют вертолету совершать многие пилотажные фигуры, доступные только ему. К ним относится, например, пилотажная фигура «воронка», в ходе которой вертолет перемещается по кругу вокруг своей цели и обстреливает ее с разных сторон. «Черная акула» при выполнении этой пилотажной фигуры не теряет своих стрелковых качеств, как остальные вертолеты, т. е. сохраняет меткость даже в таких условиях, чего трудно достичь даже при разработке современных типов вертолетов с учетом новейших технологий. Эта фигура также позволяет все время перемещаться вокруг своей цели, что делает практически невозможным попадание этой цели в вертолет.

Защита вертолетчика в КА-50 «Черная акула» более чем достаточная, так как даже повреждение внутренних частей вертолета изолируется от пилота, а защита кабины выдерживает несколько прицельных попаданий из орудия калибром до 20 мм. Скорость вертолета при движении вперед составляет 310 км/ч, при движении назад – 90 км/ч, при перемещении боком – 80 км/ч.

Все эти качества сделали КА-50 «Черная акула» передовым вертолетом, способности которого предопределили современное вертолетостроение. Создание «Черной акулы» значительно усилило военно-стратегический потенциал Советского Союза.

Этот вертолет применялся в боевых действиях во время войны в Афганистане, где доказал свою эффективность. Тактико-технические показатели КА-50 позволяли использовать его там, где вертолеты других серий не могли быть применены по каким-либо соображениям. Сейчас этот вертолет используется и как учебный, и как основа для разработок новых вертолетов.

На основе КА-50 создан вертолет КА-52, уже с двумя членами экипажа. Этот вертолет может рассматриваться в качестве учебного к вертолету КА-50 «Черная акула»

Канонерская лодка

Канонерская лодка – боевой артиллерийский корабль, служащий для уничтожения береговых объектов и для поддержки флангов сухопутных войск своей артиллерией с XVII по XIX вв. С середины XIX в. на канонерках устанавливается паровой двигатель.

В европейских странах в период средних веков нередки были случаи военных действий между мелкими княжествами, которые располагались по берегам рек и озер. Именно тогда возникла необходимость создания морского судна, которое могло бы быстро подойти к противнику, обстрелять его и уйти в недосягаемое для береговых стрелков место.

Водоизмещение канонерской лодки достигало 2000 т при скорости передвижения 18 узлов. На каждом судне располагалось от двух до пяти орудий калибром от 76 до 152 мм.

Речные канонерские лодки с водоизмещением 1200 т при скорости до 15 узлов имели два-три орудия калибра 76—102 мм, а также автоматы и пулеметы.

Канонерские лодки чаще всего использовались для установки мин, для переброски десанта, несения конвоя небольших судов и выполнения дозорно-пограничной службы. Среди парусно-винтовых канонерских лодок наибольшую известность получила лодка «Кореец», построенная в 1886 г. в Швеции инженером А. И. Мустафиным. Водоизмещение лодки 1213 т. Ее длина м, ширина 10,7 м. Мощность паровой машины – 1150 кВт при скорости хода 13,5 узлов. Лодка была вооружена двумя 203-мм орудиями, одним 152-мм орудием, четырьмя 107-мм орудиями, одним 64-мм орудием, двумя 47-мм орудиями, четырьмя 37-мм орудиями и одним носовым торпедным аппаратом. Экипаж состоял из 179 человек.

С 1888 по 1900 г. лодка несла дозорную и исследовательскую службу в морях Тихого океана. Но после подавления Ихэтуаньского восстания в 1900 г. в форте Таку лодка была переведена в конвойное судно к крейсеру «Варяг». 27 января 1904 г. «Варяг» и «Кореец» были заблокированы шестью крейсерами и восемью миноносцами Японии. Ведя неравный бой, лодка прикрывала попытку «Варяга» пробиться сквозь японскую эскадру. Когда кончились снаряды, экипаж «Корейца» поднял Андреевский флаг и взорвал судно.

В честь погибшего «Корейца» была построена идентичная канонерская лодка в 1907 г. на Путиловском заводе в Санкт-Петербурге. Но судьба данной лодки повторилась, и 19 августа 1915 г., принимая участие в неравном бою с немецкой эскадрой, получивший повреждения «Кореец» по решению экипажа был взорван, чтобы не попасть в плен к врагу.

В наши дни речная канонерская лодка используется как речной буксир.

Катапульта

Катапульта – метательная машина, бросающая камни, копья, стрелы на расстояние до нескольких сот метров.

В военно-морском флоте применяется на авианосцах и кораблях для запуска самолетов с палубы.

Морская катапульта состоит из рельсового пути с тележкой и запускающего устройства.

По характеру различают термодинамические или реактивные двигатели, телескопические или скользящие, механические или гравитационные, на упругих пружинах или на резиновых шнурах. Самые популярные катапульты – полиспастные или реактивные.

Катер

Катер – малый боевой корабль, выполняющий боевые задачи как на речном, так и морском флотах. Водоизмещение катера достигает 500 т.

Боевые катера подразделяются на ракетные, торпедные, артиллерийские, сторожевые, противолодочные, десантные, противоминные и др. Оснащение катеров происходит в соответствии с их назначением, но небольшое вооружение есть на каждом из видов боевых катеров.

К 1850 г., после установки паровых двигателей на катера, последние начали вооружаться шестовыми или буксируемыми минами, а позже торпедами.

Широкое применение катера получили в Русско-турецкой войне 1877—1878 гг. под руководством О. С. Макарова.

В тот период катера доставлялись к месту боя пароходом «Константин». К 1880 г. при увеличении водоизмещения и скорости катеров встал вопрос о создании крупных миноносцев.

«Катюша»

«Катюша» – боевая машина реактивной артиллерии БМ-21, использовавшаяся в годы Великой Отечественной войны. Впервые была применена при уничтожении скопления вражеских эшелонов на станции Орша 14 июля 1941 г., когда залпы «Катюши» буквально ошеломили фашистов.

Советская реактивная установка «Катюша» в годы Великой Отечественной войны была главной ударной силой Советской Армии. Массирование огня достигало небывалых размеров. Во время наступательных операций в 1944—1945 гг. плотность выстрелов достигала иногда до 200 снарядов на один километр фронта.

В Берлинском сражении, начавшемся 16 апреля 1945 г., принимало участие более 41 600 орудий и минометов, что позволило создать такую высокую плотность огня, благодаря которой советские войска за несколько дней смогли пройти более 100 км и войти в столицу Германии Берлин.

КВ-1

КВ-1 – тяжелый бронированный танк, активно использовавшийся в период Второй мировой войны.

Танк КВ-1 весил около 45 т при скорости 30 км/ч и удельном давлении один килограмм на сантиметр квадратный. Броня корпуса достигала 100 мм, башни – более 110 мм. На КВ-1 устанавливались два пулемета калибром 8 мм, один пулемет калибром 12,7 мм и одна пушка калибром 75—122 мм. Экипаж танка составлял 4—5 человек.

Танк использовался вместе с танком Т-34 в качестве основных бронированных машин, способных встать на пути немецких «Пантер» и «Тигров».

Клипер

Клипер – военно-морское судно, используемое на сторожевой, разведывательной, посыльной и крейсерской службах.

Клипер являлся парусным или парусно-винтовым (винтовым) судном. Водоизмещение клипера составляло 1300—1650 т при длине в 63—70 м, ширине до 10 м и осадке в 6 м. Имел на вооружении 15—24 орудия малого калибра и 2—3 орудия 152-мм калибра. Мощность двигателя составляла 1200—1750 л. с. при скорости до 15 узлов.

Корабли этого класса применялись в обучении офицеров военно-морского флота и различных экспедициях. В 1892 г. клиперы перевели в класс крейсеров второго ранга. Ряд кораблей этого класса использовался в ходе Русско-японской войны 1904—1905 гг., но был уничтожен при осаде Порт-Артура. К наиболее известным клиперам можно отнести «Джигит», «Вестник», «Стрелок», «Разведчик» и др.

Корабль военный

Корабль военный – крупное морское судно, используемое в военных целях для уничтожения морских и прибрежных объектов противника.

С древних времен в военных действиях различных стран и народов принимали участие морские и речные судна. По тем временам это были хорошие боевые машины, с помощью которых удавалось уничтожать противника, охранять перевозимый товар.

В русских летописях все славянские суда именуются то ладьями, то судами, то кораблями. Данные слова являются равнозначными, но к XVII в. термин «корабль» стал применим лишь к военным судам, крупным по своему строению. Например, в начале XX в. кораблем называли линкоры и броненосцы, все остальные именовались просто судами.

Сейчас существуют такие виды военных кораблей.

Линейные корабли (линкоры) водоизмещением 30 000—60 000 т при скорости 28—33 узла с 8—10 орудиями 356—406 мм, 12—20 орудиями 120—127 мм, 80—140 зенитными пушками 20—40 мм, 1—2 катапультами, 3—4 самолетами, их основной задачей является уничтожение в морском бою надводных кораблей всех классов и нанесение мощных артиллерийских ударов по береговым сооружениям и батареям.

Тяжелые авианосцы водоизмещением 25 000—60 000 т при скорости 31—33 узла с 12—16 орудиями 127 мм, 50—140 зенитными пушками 20—40 мм, 80—140 самолетами предназначены для нанесения самолетами мощных торпедобомбовых и штурмовых ударов по кораблям и береговым объектам.

Легкие авианосцы водоизмещением 14 000—22 000 т при скорости 24—33 узла с 6—12 орудиями 127 мм, 40—70 зенитными пушками 20—40 мм и 50—80 самолетами, их задачей является разведка, противовоздушная и противолодочная оборона боевых кораблей флота.

Конвойные авианосцы водоизмещением 11 000—15 000 т при скорости 15—20 узлов с 4—6 орудиями 100—127 мм, 20—50 зенитными пушками 20—40 мм и 30—35 самолетами, основной их задачей является противовоздушная и противолодочная оборона транспортов в системе конвоев.

Тяжелые крейсеры водоизмещением 13 000—28 000 т при скорости 29—33 узла с 6—9 орудиями 203—305 мм, 8—12 орудиями 127 мм, 80 зенитными пушками, 1—2 катапультами и 2—4 самолетами, в их задачи входит уничтожение в морском бою крейсеров и легких сил, поддержка легких сил при атаках.

Крейсеры легкие водоизмещением 6000—12 000 т при скорости 32—38 узлов с 9—12 орудиями 127—152 мм, 8—12 орудиями 102—127 мм, 35—50 зенитными пушками, 5—7 торпедными трубами 533 мм, 1—2 катапультами и 1—2 самолетами.

Эскадренные миноносцы водоизмещением 1500—3000 т при скорости 31—37 узлов с 4—6 орудиями 120—127 мм, 8—20 зенитными пушками и 5—10 торпедными трубами 533 мм, они наносят торпедные удары по кораблям и судам и охраняют корабли эскадры в походе.

Сторожевые корабли водоизмещением 600—2700 т при скорости 20—35 узлов с 2—6 орудиями 127 мм, 4—8 зенитными пушками, 3—5 торпедными трубами 450—533 мм (не на всех) несут дозорную и охранную службу и обороняют транспорт в походе.

Большие торпедные катера водоизмещением 50—120 т при скорости 30—40 узлов с 2—6 зенитными пушками, 2—4 торпедными трубами 450—533 мм наносят торпедные удары по кораблям и судам.

Малые торпедные катера водоизмещением 11—35 т при скорости 32—42 узла с 1—2 зенитными пушками и двумя торпедными трубами 45—533 мм.

Корабли-охотники за подводными лодками водоизмещением 60—600 т при скорости 12—22 узла с 2—6 зенитными пушками и 2—4 бомбосбрасывателями глубинных бомб, корабли-охотники за подводными лодками ищут и уничтожают подводные лодки.

Корабли минного заграждения водоизмещением 3000—6000 т при скорости 12—30 узлов с 4—6 орудиями 127 мм, 6—20 зенитными пушками и 300—800 минами заграждения ставят мины заграждения.

Тральщики водоизмещением 300—1000 т при скорости 14—24 узла с 1—2 орудиями 127 мм, 4—8 зенитными пушками и тралами разных систем уничтожают мины и тралят фарватеры.

Большие подводные лодки водоизмещением 1500—2700 т при скорости 9—20 узлов с 1—2 орудиями 127 мм, 1—2 зенитными пушками и 6—10 торпедными трубами 533 мм, в их основные задачи входит нанесение торпедных ударов по кораблям и судам в океанах и морях на большом удалении от своих баз.

Средние подводные лодки водоизмещением 750—1200 т при скорости 8—18 узлов с 1 орудием 75—100 мм, 1—2 зенитными пушками и 6—9 торпедными трубами 533 мм наносят торпедные удары по кораблям и судам на ближних морских сообщениях и у баз противника, а также несут разведывательную и дозорную службу.

Малые подводные лодки водоизмещением 250—750 т при скорости 8—17 узлов с 1—2 зенитными пушками и 2—6 торпедными трубами 450—533 мм; броненосцы береговой обороны с водоизмещением 4000—8000 т при скорости 15—25 узлов с 4 орудиями 254—280 мм, 6—8 орудиями 120 мм и 8—12 зенитными пушками ведут боевые действия в стесненных районах.

Корабли-мониторы водоизмещением 8000 т при скорости 12 узлов с 2 орудиями 381 мм, 8 универсальными орудиями 102 мм и 40 зенитными пушками ведут борьбу с береговыми батареями и другими береговыми объектами и кораблями, действующими в прибрежном районе.

Мореходные канонерские лодки водоизмещением 700—1500 т при скорости 15—20 узлов с 2—3 орудиями 127 мм и 8—18 зенитными пушками ведут боевые действия в прибрежных районах против легких сил и береговых объектов.

Военные корабли всегда выполняют главную тактическую задачу – вступление в бой с противником и его уничтожение. К разряду основных боевых кораблей относят линкоры, крейсеры, эсминцы, подводные лодки и торпедные катера.

Минные и сетевые заградители, тральщики относятся к кораблям специального назначения. В связи с появлением более мощных кораблей изменились способы ведения морских боев. Это же привело к созданию нового вида боевых кораблей – кораблей-охотников за подводными лодками, сторожевых кораблей. С развитием авиации начали появляться легкие, тяжелые и конвойные авианосцы. Все военные корабли выделяются на фоне морских судов своим сложным инженерным сооружением. Это мощные механизмы, крупное вооружение, радары и локаторы, а также приборы управления кораблем. Корпус любого типа военного корабля состоит из остова, который обеспечивает прочность корабля, бронированной наружной обшивки и водонепроницаемых перегородок.

В боевой рубке происходит управление кораблем и вооружением. В кормовой части – запасные рубка и командные пункты.

По всему кораблю устанавливаются мачты, локаторы, прожектора и дальномеры.

В основном в качестве горючего применяется жидкое топливо. Запасы воды, снаряды для артиллерии хранятся в специальных отделениях. Такие крупные корабли, как линкор или крейсер, обслуживают до двух тысяч человек.

Корвет

Корвет – военно-транспортный корабль, применяемый в XVII—XIX вв. в разведывательной и почтовой службах, а также в боевых крейсерских операциях.

В конце XVI в. корветом называли морской бот водоизмещением до 200 т, имеющий на борту одну мачту и 10 пушек. К XVIII в. это уже трехмачтовое парусное судно водоизмещением 400—600 т, к концу XIX в. парусный корвет уже имел паровой двигатель, водоизмещение от 800 до 3500 т, артиллерию, доходящую до 40 орудий, которые размещались на верхней палубе.

Парусно-винтовой корвет «Витязь», созданный инженером К. Н. Арцеуловым, вступил в строй в 1862 г. Его водоизмещение было 2156 т, длина – 66,3 м, ширина – 12 м при скорости 12 узлов.

Корвет «Витязь» был вооружен 17 орудиями разного калибра. На борту находились 356 членов экипажа. Так как Балтийский флот в данный период не использовался в боевых операциях, то одно из судов, а именно «Витязь», в 1871 г. доставил Н. Н. Миклухо-Маклая на остров Новая Гвинея.

В 1882 г. судно было переведено в класс учебных и получило название «Скобелев», а вместо него был построен в 1892 г. новый парусно-винтовой корвет «Витязь» под руководством инженеров А. Е. Леонтьева и П. А. Титова. Водоизмещение нового «Витязя» было 3200 т, длина судна – 80,8 м, ширина – около 14 м при скорости 14 узлов. 372 члена экипажа были готовы вести боевые действия, используя 10 орудий 152 мм, 4 орудия 87 мм и 10 орудий 47 мм.

Это судно использовалось для изучения Мирового океана и разбилось в 1893 г. о каменную гряду в проливе Невельского.

В XIX—XX вв. на корветах проводили свои научно-исследовательские работы Н. Н. Миклухо-Маклай и С. О. Макаров. С 1945 г. по наши дни корветами называют сторожевые корабли Великобритании, вооруженные двумя орудиями среднего калибра, зенитными автоматами, водоизмещением 900—1500 т и скоростью передвижения 16 узлов для несения пограничной службы и противолодочного охранения.

Корвет «Си шедоу»

Современный корвет, созданный в США на основе технологии «Стеллс», т. е. сведена к минимуму видимость этого корвета. «Си Шедоу» незаметен даже на расстоянии в несколько кабельтовых. Внешне он не похож на обычные корабли и напоминает вытянутую невысокую пирамиду. Такая форма позволяет отражать сигналы радиолокации вверх, а не к объекту, посылающему их, что обеспечивает радарную «незаметность» корвета. Скорость «Си Шедоу» составляет 40 узлов. Водоизмещение – 500 т. В экипаж корвета входит четыре человека: командир, штурман, рулевой и механик.

Вооружение корвета «Си Шедоу» составляют торпедное оборудование, глубинные бомбы, системы ГУ ПКР и ЗУР, малокалиберные пушки, зенитные комплексы, радиолокационные системы, аппаратура связи и т. д. Все оборудование – новейшее и лучшее в своих сериях. Пока создан только опытный образец «Си Шедоу».

КП Z 2000

КП Z 2000 – танк, разработанный и применяемый в ФРГ.

Масса данного танка составляла 58 т. На нем был установлен двигатель MB883, мощность которого составляла 2000 л. с., что позволяло развить скорость до 75 км/ч. В нем располагалось три члена экипажа. Калибр основной пушки составляет 140 мм, также на нем установлен 7,62-мм пулемет и зенитный пулемет того же калибра.

Крейсер

Крейсер – военно-морское судно, необходимое для уничтожения кораблей противника, проведения боевых морских операций в составе эскадры, поддержки в боях миноносцев, обороны каких-либо морских объектов, разведки и других задач.

Крейсера подразделяются на тяжелые и легкие. Водоизмещение тяжелых крейсеров составляет 13 000—40 000 т и более. На них устанавливается 6—9 орудий 203—305 мм, 8—12 универсальных орудий 127-мм калибра. Их броня предполагает, что артиллерия крейсеров противника не сможет нанести вред кораблю.

Водоизмещение легких крейсеров составляет до 13 000 т. На них устанавливается 9—12 орудий 127—152 мм, 8—12 универсальных орудий 102—127 мм и зенитные орудия. Броню имеют только жизненно важные части.

Большинство крейсеров также имеют торпедные аппараты. Мощность крейсеров 60—120 л. с. при скорости 30—40 узлов. Крейсер может проплыть расстояние в 15 000 морских миль (28 000 км).

В России крейсеры появились в 60-е гг. XIX в. и уже к 1892 г. подразделялись на броненосные крейсеры и крейсеры второго ранга. Первые броненосные крейсеры «Генерал-Адмирал» и «Александр Невский» впервые применялись в ходе Русско-турецкой войны 1877—1878 гг., так как в тот период у них единственных была усилена броней палуба, что не давало возможности их быстро затопить. Следующим известным в истории крейсером была «Аврора», которая впервые прославилась на всю Россию после Цусимского сражения в ходе Русско-японской войны, когда в составе Балтийской эскадры приняла участие в неравном бою. Снарядами «Авроры» было подбито несколько японских кораблей. Девять японских крейсеров, расстреливая в упор «Аврору», так и не смогли ее потопить. В этом бою погиб командир Е. Р. Егорьев, успевший отдать приказ уйти судну, пользуясь наступившей темнотой. После Русско-японской войны «Аврора» стала учебным кораблем, которому пришлось спасаться в 1908 г. в итальянском городе Мессина от начавшегося землетрясения.

Последний раз броненосец «Аврора» произвел холостой выстрел 25 октября 1917 г. по Зимнему дворцу. После чего стал музеем в г. Ленинграде.

К 1907 г. появляются минные крейсеры, которые выносятся в класс эскадренных миноносцев. В период Первой мировой войны на полях сражений в России принимали участие 14 крейсеров, два из которых были линейные.

Линкор

Линкоры – линейные корабли для ведения боевых действий в море и нанесения артиллерийского удара по береговым сооружениям противника.

Линейные корабли – модернизированные двух– и трехпалубные корабли XVII в., имеющие три мачты и вооружение, состоящее из 80—100 пушек.

Первыми российскими линейными кораблями были морские суда, построенные в 1909 г. по типу «Севастополь», которые применялись в годы Первой мировой войны как на Черном, так и на Балтийском море. Балтийским судостроительным заводом вместе с линкором «Севастополь» одновременно были спущены на воду линкоры «Гангут», «Петропавловск» и «Полтава». Все линкоры были спроектированы А. Н. Крыловым и И. Г. Бубновым. Водоизмещение всех линкоров было 23 000 т при скорости 23 узла. Линкоры могли проплыть до 1625 миль. Каждый был вооружен 32 орудиями различного калибра и четырьмя торпедными аппаратами. На каждом линкоре численность экипажа доходила до 1126 человек. Таких крупных линкоров в Первую мировую войну у других государств не было. После Октябрьской революции 1917 г. долгое время Советская Россия производила корабли, разработанные еще в начале XX в. И только в 1927 г. нарком судостроительной промышленности И. Ф. Тевосян заговорил о необходимости закладки на стапелях боевых кораблей общим водоизмещением 580 000 т. В это время Англия уже строила линкоры типа «Кинг Джордж V», на которых было по девять 356-мм орудий; в США тоннаж линкоров достигал 425 000 т, а в Японии линкоры типа «Ямато» имели суперпушки калибром 456 мм.

В 1938 г. на стапелях судостроительных заводов были заложены линейные корабли «Советский Союз», «Советская Украина» и «Советская Белоруссия». В 1940 г. заложен линкор «Советская Россия». Водоизмещение каждого из линкоров составляло 65 000 т при силовой установке мощностью 231 000 л. с. и скорости 28 узлов. Оружием линкоров являлись девять 406-мм орудий, размещенных в бронебашнях на носу судна. Это позволяло концентрировать огонь тысячекилограммовых снарядов на 45 км.

В вооружение новых линкоров также входили двенадцать 152-мм орудий, восемь 100-мм универсальных пушек, восемь 12,7-мм пулеметов и тридцать 37-мм зениток.

Наведение артиллерии осуществлялось с помощью четырех гидросамолетов-корректировщиков, на которых были установлены новейшие дальномеры.

Линкор обладал автоматическим прибором управления огнем. Строительство линкоров продолжалось до начала Великой Отечественной войны.

Работы по производству линкоров были приостановлены, а вся их артиллерия была использована против подразделений вермахта на подступах к Ленинграду. Бронеплиты линкоров были использованы для создания артиллерийско-пулеметных бронированных точек на Пулковских высотах.

В военно-морском флоте, несмотря на то что линкор является одной из основных боевых единиц, приносящей победу, он сам остается крайне уязвимым для торпед и самолетов противника, а также для подводных лодок и эсминцев. Поэтому линкоры находятся под защитой конвойных авианосцев, сторожевых кораблей и эсминцев.

М113А1

М113А1 – одна из модификаций бронетранспортера М113А, производимого в США с 1964 г.

Масса данного бронетранспортера составляла 11 000 кг. Броня на М113А1 доходила до 38 мм толщиной, что полностью защищало весь экипаж от пуль, осколков и снарядов малокалиберных орудий. Обслуживали этот бронетранспортер два члена экипажа, в нем также располагались 11 пехотинцев. Из вооружения на М113А1 устанавливался один 12,7-мм пулемет. Мощность его двигателя составляла 215 л. с. при скорости 65 км/ч.

Впервые этот бронетранспортер принимал участие в боевых действиях во время войны во Вьетнаме. На данный момент он снят с вооружения и используется в качестве учебной техники. На его основе также были разработаны более совершенные модификации бронетранспортеров, и он послужил базой для корпуса некоторых видов самоходных артиллерийских установок.

М-4 (Bison)

– один из первых стратегических бомбардировщиков СССР.

Этот самолет был разработан в 1951 г. Спустя два года – 20 января 1953 г. – на этом самолете впервые совершили полет. М-4 (Bison) поступил в серийное производство в 1954 г. Всего было создано десять таких самолетов. Большинство из самолетов этой серии позже было переоборудовано в самолеты-заправщики М-4. Сейчас эти самолеты сняты с вооружения.

На самолеты этой серии устанавливались двигатели ТРД АМ-3А, мощность которых составляла по 8700 кгс. Масса пустого самолета составляла 79 700 кг. Самолет был длиной в 47,67 м, размах крыльев составлял 50,53 м, высота – 11,5 м.

На М-4 (Bison) устанавливалось 6 пушек АМ-23 с калибром 23 мм и боезапасом в 2000 снарядов в трех башенных установках, бомбардировочный радиоприцел РПБ-4, радиоприцел «Аргон», бомбы, вес которых доходил до 18 000 кг. Дальность полета составляла 8100 км, скорость – 947 км/ч.

Самолеты этой серии могли применяться в бомбардировке наиболее важных стратегических объектов противника.

М4А1 Sherman

M4А1 Sherman – танк времен Второй мировой войны, стоявший на вооружении в США. Он был создан в 1941 г. в США.

По своим тактико-техническим характеристикам этот танк относится к классу средних танков. Его масса составляла 32 044 кг. Он был длиной 7,39 м, шириной – 2,7 м, высотой – 3,425 м. Этот танк был оборудован одной пушкой 76 мм, двумя пулеметами 7,62 мм, одним пулеметом 12,7 мм (зенитным). Броня составляла 12—76 мм. На нем был установлен двигатель R-975-С4, мощность которого составляла 400 л. с. при скорости 39 км/ч.

Этот танк активно использовался в период Второй мировой войны. Сейчас же на основе танка этой серии созданы санитарные и инженерные машины в США.

Метательные машины

Метательные машины – тяжелое метательное оборудование, применяемое для разрушения городских стен и переброски тяжелых предметов, разрушающих внутренние городские укрепления. К тяжелым метательным машинам можно отнести баллисты, катапульты, камнеметалки и т. п.

В эпоху рабовладельческого строя с возникновением городов, защищенных высокими стенами, появилась необходимость в создании новых видов оружия и техники.

В результате частых завоевательных войн необходимость в технике, способной предрешить исход сражения, была очень большой.

О первых метательных машинах упоминается в исторических источниках древних ассирийцев. Позже они достигли совершенства в Древней Греции. Активно использовались Александром Македонским в IV в. до н. э.

В римских войсках Юлия Цезаря были созданы целые легионы метательных машин, снарядами для которых служили камни, бревна, бочки с зажженной смолой, головы противников.

В средние века метательная машина фродибула уже имела противовес, чтобы не упасть. Позже появились машины, действие которых было основано на упругости дерева. Недостаток метательных машин заключался в небольшой дальности полета снаряда и ограниченной силе удара. В России с X по XIV в. все виды метательных машин назывались сороками.

Метательные машины являются предками современной артиллерии.

Миноносец

Миноносец – корабль, предназначенный для транспортировки минного оборудования и торпедирования судов противника.

Впервые миноносец появился в США в 1863 г. В России был создан маленький миноносец в 1877 г. и показан военным в качестве рекламного образца. Водоизмещение данного судна было 160 т. Он имел скорость 16 узлов и был вооружен всего лишь одним торпедным аппаратом. Офицерам военно-морского флота данное изобретение понравилось. Именно поэтому уже через год в Санкт-Петербурге был изготовлен первый российский миноносец «Взрыв» с водоизмещением 134 т при скорости 15 узлов и одним торпедным аппаратом. Длина данного миноносца была около 40 м. Он мог проплывать до 600 миль. На его борту был 21 член экипажа.

В 1883 г. на «Взрыве» был установлен и апробирован гидравлический привод руля и добавлены четыре пятиствольные пушки. В 1880 г. спущен на воду второй миноносец – «Батум» с водоизмещением 148 т, скоростью 15 узлов, вооруженный двумя торпедными аппаратами и пятиствольной пушкой калибра 37 мм.

В дальнейшем развитие миноносцев шло в направлении увеличения торпедного аппарата и скорости хода.

Увеличение числа орудий на миноносцах привело к созданию так называемых контрминоносцев, к которым относился «Сокол», спущенный на воду в 1895 г. В период Русско-японской войны 1904—1905 гг. возникла необходимость вести с морских судов навесный огонь по вражеским укреплениям с малых дистанций.

Идею создания нового вида оружия, такого как миномет, осуществил мичман С. Н. Власьев. Власьевым было предложено использовать 47-мм морское орудие, которое он разработал вместе с капитаном Л. Н. Гобято, для стрельбы шестовыми минами.

Первый миномет отлично выдержал все испытания. После этого во Франции, Англии и России заговорили о создании для военно-морского флота такого корабля, который бы мог перевозить мины на любые расстояния вместе с оборудованием, способным приводить данную мину в движение. Именно такая цель и ставилась перед разработчиками военной техники. Большие миноносцы с мощным артиллерийским вооружением, водоизмещением до 700 т и скоростью до 25 узлов стали называться со временем минными крейсерами и после 1907 г. стали относиться к классу эскадренных миноносцев.

Начиная с Первой мировой войны, миноносцы подразделялись на три класса. Все крупные мощные корабли получили название «лидеры». Миноносцы, действующие в составе эскадры, относятся к классу эскадренных. И к третьему классу относились малые миноносцы, которые сегодня потеряли всякое значение и были заменены торпедными катерами.

В военно-морских флотах различных государств сохранились эскадренные миноносцы, их называют эсминцы и «лидеры».

МК 5 «Чифтен»

МК 5 «Чифтен» – английский танк, созданный в 1975 г.

Масса этого танка составляла 55 т. На нем было четыре члена экипажа. Он был оборудован одной 120-мм нарезной пушкой, двумя пулеметами 7,62 мм, одним пулеметом 12,7 мм, лазерным дальномером, тепловизором, электромеханическим стабилизатором и т. д. Мощность двигателя составляла 720 л. с.

Этот танк сначала стоял на вооружении в Великобритании, позже поставлялся в Иран, Оман и Кувейт. Сейчас на вооружении в разных странах стоят модифицированные танки серии МК 5. Он также использовался при разработке танков многих других серий.

Онагр

Онагр – боевая метательная машина, которая действовала на основе использования сильно скрученных жил животных. По своему устройству идентична катапульте.

При применении в качестве ядер металла, бочек с зажигательной смесью, бревен и крупных камней пробивала во время осады городские стены противника. Вес ядра составлял 500 кг. Онагр мог посылать снаряд на расстояние до полкилометра.

«Орел»

«Орел» – первый русский трехмачтовый корвет-барк, который должен был использоваться для дальнего плавания.

«Орел» был построен Яковом Полуектовым и подьячим Степаном Петровым по приказу царя Алексея Михайловича Тишайшего в селе Дединово, что на реке Оке, в 1667 г. Уже через год «Орел» был спущен на воду. Его длина составляла 24,5 м, а ширина – 6,5 м.

На вооружении корвета находилось 28 железных пищалей и одна шестифунтовая пушка. В состав экипажа входили 20 матросов, 35 стрельцов и пять офицеров. В мае 1669 г. «Орел» прибыл в Астрахань для того, чтобы охранять русские и иностранные суда от грабежей Степана Разина.

Барк «Орел» имел заднюю мачту – бизань – с толстыми косыми парусами и две передние мачты: фок-мачту и гротмачту. Особенностью этого барка была грузоподъемность до 6000 кг.

Корвет «Орел» был уничтожен, но в память о его боевом прошлом в конце XIX в. так был назван эскадренный броненосец, который входил в состав второй Тихоокеанской эскадры, принимавшей участие в сражении 1905 г. близ острова Цусима.

Осадная техника

Осадная техника – все устройства и приспособления, применяемые в ходе боевых действий для взятия крепостей, а также для штурма и разрушения крепостных стен.

Осадная техника делилась на переносную, или подвижную, и была чаще всего защищена сверху и с боков.

К осадной технике относятся метательные машины, тараны, вороны. С усовершенствованием огнестрельного оружия осадная техника была заменена осадной артиллерией.

ОС-64 «Топаз»

ОС-64 «Топаз» – одна из разновидностей гусеничных бронетранспортеров, разработанная и запущенная в серийное производство в Чехословакии в 1964 г. ОС-64 «Топаз» был разработан на основе советского бронетранспортера БТР-50ПК.

Вес данного бронетранспортера составлял 16 400 кг. Защищающая экипаж броня имела толщину от 10 до 14 мм. В ОС-64 «Топаз» размещались два члена экипажа и 14 пехотинцев. На этом бронетранспортере устанавливался двигатель PV-6, мощность которого составляла 600 л. с. ОС-64 «Топаз» мог развивать скорость до 60 км/ч. На нем также устанавливалось вооружение, в которое входили 7,62-мм пулемет, расположенный в специально оборудованной башне, защищающая стрелка и безоткатная пушка 82-мм калибра.

Данный бронетранспортер не участвовал непосредственно в боевых действиях. Он стоял долгое время на вооружении армии Чехословакии. Но позже в связи с разработками более совершенных типов бронетранспортеров ОС-64 «Топаз» был снят с вооружения и сейчас применяется только в качестве учебного бронетранспортера. Но его значение состоит не только в этом: бронетранспортер послужил основой для других моделей данного типа боевой техники и базовой разработкой для корпуса некоторых самоходных артиллерийских установок.

«Пантера»

«Пантера» – боевая бронированная машина, передвигающаяся с помощью гусениц, имеющая вращающуюся башню, относящаяся по своим тактико-техническим показателям к тяжелым танкам производства Германии.

Средний вес данного танка от 30 до 40 т при максимальной толщине брони в корпусе 45—80 мм, в башне – 60—100 мм.

Скорость «Пантеры» около 40 км/ч при удельном давлении 0,8 кг/см2. Экипаж состоит из 4—5 человек. Танк вооружен пушкой калибра 75—88 мм, двумя пулеметами калибра 7,62 мм и одним пулеметом калибра 12,7 мм.

По своей классификации «Пантера» предназначена в первую очередь для прорыва и сопровождения пехоты. «Пантера» являлась одним из самых используемых танков в ходе Второй мировой войны со стороны Германии, производилась в фирмах «Ман» и «Даймлер-Бенц».

Параван

– судно – противоминный охранитель.

С момента создания мин перед разработчиками технического вооружения встал вопрос о создании машин, способных защитить корабли от данного вооружения. В разное время предлагалось несколько методов решения этой стратегической задачи. Однако вопрос был разрешен лишь в период Первой мировой войны.

Параван может быть как судном, так и просто противоминным охранителем, стоящим на судне. Военное судно параван состоит из стального буксира, которым, на определенной глубине, отрывается минный якорь от грунта. Мина буксируется на безопасное для судов место. В обязательную принадлежность паравана входит непосредственно само противоминное оборудование – параваны, крепящиеся к подводной части судна – форштевню.

Параваны обслуживают военно-морской флот в плане сохранности судна от минного взрыва. Их участие может быть походным и боевым. В походном применении параваны выполняют охранную функцию, когда, принимая участие в конвоировании судов, на расстоянии от 10 до 15 миль следуя за ними, обеспечивают своим оборудованием сохранность судна. Чаще всего параваны используются в совместных действиях с авиацией для сохранности конвоя.

Пароход

Пароход – военное судно, имеющее паровой двигатель или турбину, работающую от паровых котлов.

В России в 1826 г. был построен первый военный пароход «Ижора», который имел слишком уязвимые гребные колеса. Этот недостаток не позволял говорить об их серийном производстве. Лишь к середине XIX в. было построено 16 пароходофрегатов, которые поддерживали сухопутные войска, вели разведку, а также буксировку парусных кораблей.

Пароход «Константин» был построен в 1859 г. в Великобритании и приобретен российским Черноморским флотом в 1877 г.

По проекту С. О. Макарова он был переоборудован в плавбазу для четырех минных катеров. Водоизмещение данного парохода было 2500 т при скорости хода 12,7 узлов. Вооружен «Константин» был одной мортирой 150 мм, четырьмя нарезными орудиями 107-мм калибра.

Именно с парохода «Константин» катера «Чесма» и «Синоп» 14 января 1878 г. провели знаменитый Батумский рейд, в результате которого была торпедирована турецкая эскадра.

Плавучая батарея

Плавучая батарея – военный артиллерийский корабль, используемый для обстрела противника и его укреплений на побережье моря.

Это парусно-гребное судно, имеющее с середины XIX в. бронированные батареи. Водоизмещение плавучих батарей доходило до 3500 т и на вооружении имелось 22 орудия разного калибра.

В XIX в. плавучие батареи использовались в боевых операциях на побережье противника для обстрела его береговых укреплений.

К концу XIX в. плавучие батареи начали вытесняться броненосцами береговой обороны.

Подводная лодка

Подводная лодка – морское судно, способное передвигаться и выполнять боевые операции под водой.

По легенде, Александр Македонский приказал построить для себя судно, в котором бы он мог опуститься на морское дно и оттуда наблюдать за передвижением кораблей противника. Согласно описаниям, было создано судно, напоминающее большую бочку, способную опускаться на глубину 90 м. Конечно, из нее невозможно было наблюдать за передвижением противника. Но уже с этого момента у людей появилась мечта о создании такого судна, с помощью которого можно было изучать жизнь морских животных и топить корабли противника до того, как они вступили в надводное сражение.

Первая подводная лодка построена в 1620 г. голландцем Ван Дреббелем в Англии. Уже в 1654 г. на ярмарке г. Роттердаме был показан корабль «Молния моря», который был около 20 м длины и высотой более 3 м. Он мог почти полностью опускаться под воду и таранить корабли своим длинным окованным медью носом. Данный корабль был очень быстро потоплен, как гласит легенда, пиратами.

Следующая известная попытка создания подводного судна относится к эпохе Петра I, когда крепостной мастер Ефим Никонов изготовил нечто, напоминающее корабль, и говорил о его способности опускаться на дно моря. Во время эксперимента «потаенное огневое судно» резко ушло на дно, мастер получил большие травмы, но был спасен солдатами.

В 1776 г. в Северной Америке в период борьбы за независимость от Англии прославился изобретатель Дэвид Бушнел, который сконструировал подводную лодку. Конструкция лодки была необычной: большое деревянное яйцо, скрепленное железными обручами, с вмонтированными внутрь резервуарами для воды. При погружении в воду с помощью насосов вода из резервуаров откачивалась, и лодка должна была всплывать. К верхушке этой лодки прикрепляли торпеду, которую подводник должен был крепить к дну корабля противника. Лодка называлась «Черепаха». Она действительно была испытана в ходе боевых действий, но неудачно. Торпеду не смогли прикрепить к днищу английского судна, и она взорвалась в руках подводника. Однако эта попытка доказывала, что возможно создание аппарата, способного двигаться на разных глубинах.

В 1801 г. соотечественник Бушнела Р. Фультон построил подводную лодку «Наутилус», которая, возможно, стала прототипом лодки в романе Жюля Верна.

В 1829 г. узник Петропавловской крепости Казимир Чарновский сообщил императору России Николаю I о создании им подводной лодки, но император подумал, что узник желает на таком судне просто скрыться, и приказал чертежи отобрать, а Чарновского перевести в Шлиссельбургскую крепость. Чертежи Чарновского видели несколько инженеров, и некоторые из них продумывали изменение, как им казалось, несовершенной конструкции. Например, в 1834 г. К. А. Шильдером была разработана подводная лодка с ракетными станками.

К середине XIX в. начинают создаваться уже не опытные, а первые боевые подводные лодки. В 1866 г. началось строительство лодки в России под руководством инженера И. Ф. Александровского, на которой стоял механический двигатель.

В 1890 г. строится лодка в Германии и в 1891 г. – в Италии. Можно говорить о полном выходе строительства подводных лодок на производственные мощности. В 1902 г. М. Н. Беклемешевым и И. Г. Бубновым создана первая в нашей стране подводная лодка с бензиновым двигателем и электромотором «Дельфин».

С 1903 по 1915 г. И. Г. Бубновым и М. Т. Налетовым была создана подводная лодка, которая определила целый тип подводных лодок и называлась «Барс». Запущены же в массовое производство подводные лодки были в Германии в 1915 г., испытаны в морском сражении на Балтийском море, когда был практически полностью уничтожен русский Балтийский и английский флот, и уже через некоторое время немцы потопили мирное американское пассажирское судно.

После окончания Первой мировой войны англичане предложили запретить подводные лодки, но этого не было сделано, так как в данной боевой технике уже были заинтересованы США.

Подводная лодка по своему внешнему виду напоминает закругленный с боков длинный стальной цилиндр. Она способна опускаться на глубину от 100 до 250 м за счет заполнения водой балластных цистерн. Всплытие лодки происходит с помощью руля и продувания сжатым воздухом балластных цистерн. У подводной лодки два двигателя. Первый – двигатель внутреннего сгорания – действует, когда лодка поднимается на поверхность воды. Второй двигатель – электрический – работает за счет аккумуляторных батарей. В первой половине XX в. во Франции была, как образец, построена большая подводная лодка «Сюркуф», спущенная на воду в 1929 г. Водоизмещение лодки – 3257 т, а при ее опускании на глубину – 4368 т. После этого все крупные страны запустили в производство подводные лодки, и к началу Второй мировой войны их было в Великобритании – 65, в Германии – 57, во Франции – 96, в Италии – 133, в Японии – 73, в США – 116. Главным вооружением подводных лодок были торпеды и мины, а также зенитная артиллерия. Наблюдение за происходящим на поверхности воды осуществлялось с помощью локаторов и перископа, а также гидроакустических и радиотехнических приборов.

В зависимости от своих мореходных качеств подводные лодки подразделяются на большие, средние, малые и карликовые. У карликовых лодок водоизмещение – 50 т, и они должны вести бой у побережья. Остальные используются для ведения боевых действий в открытом море. В 1934 г. в СССР был утвержден проект лодки типа «К» (крейсерская).

Данная лодка была вооружена десятью торпедными аппаратами, двадцатью минами заграждения и четырьмя пушками: двумя 100-мм и двумя 45-мм. Когда началась Великая Отечественная война, подводные лодки типа «К» начали свои боевые действия. В декабре 1941 г. «К-3» потопила четырьмя торпедами транспорт с грузом, после чего, преследуемая кораблями охранения противника, всплыла и уничтожила сторожевой корабль фашистов водоизмещением до 800 т.

В ходе боевых действий на море подводная лодка является одним из основных средств проведения боевой операции. Лодки не только топили крупные боевые корабли, которых за Вторую мировую войну было потоплено более сотни, но также минировали водное пространство, уничтожали надводные прибрежные объекты противника. Германские подводные лодки срывали морские торговые перевозки грузов. В годы Второй мировой войны английский торговый флот потерпел убытки, так как немцами было потоплено более 7,5 млн т груза. Главной опасностью для подводных лодок являются морская авиация, а также глубинные бомбы и мины, оставленные надводными кораблями. В наши дни все подводные лодки имеют единый атомный двигатель, пригодный как для подводного, так и надводного хода. Самой маленькой подводной лодкой считается карликовая «Сперри», длина которой чуть более 3 м; она может погружаться на 180 м и брать не более двух человек на борт.

Противолодочный корабль

Противолодочный корабль – судно военно-морского флота, предназначенное для уничтожения подводных лодок противника.

Противолодочные корабли начали появляться в годы Первой мировой войны сразу же после первых ударов немецкого подводного флота по военным и торговым судам противника. Страны, входящие в военно-политический блок Антанта, выделили для уничтожения подводных лодок около 3000 кораблей, около 200 самолетов, 50 дирижаблей и 100 тыс. мин. На кораблях устанавливались орудия, стреляющие противолодочным ныряющим снарядом, способным не рикошетить при ударе о волну. Противолодочный снаряд с противолодочного корабля обладал взрывателем замедленного действия, что позволяло получить взрыв на определенной глубине. На кораблях были установлены аппараты зрительного и технического наблюдения за подводными лодками, оповещения соединений и других кораблей об их обнаружении; уклонения от выпущенных торпед; уничтожения лодок глубинными бомбами и артиллерийским огнем. Именно на этих кораблях впервые были установлены шумопеленгаторы, радиолокаторы, гидрорадиолокаторы, сигнальные сети и индикаторные петли. Противолодочные корабли могли развить по тем временам скорость, соответствующую подводным лодкам. На некоторых кораблях была подготовлена площадка для взлета дирижаблей. Чаще всего пушки были автоматические и полуавтоматические с калибром от 40 до 100 мм.

Противолодочные корабли широко использовались Англией и США в период Второй мировой войны. Именно тогда эти страны использовали более пяти тысяч кораблей различных классов с целью уничтожения подводных лодок Германии, так как немцы уничтожили более 3000 транспортов и 138 военных кораблей союзников СССР. В 60—70-е гг. XX в. в СССР крупнейшим противолодочным кораблем был крейсер «Киев», проводивший учения в Атлантическом океане. На борту «Киева» располагались десятки торпедистов, ракетчиков, минеров, гидроакустиков, радиометристов и летчиков палубной авиации. Но, несмотря на активную борьбу с подводными лодками, несмотря на постоянную модификацию противолодочных кораблей, подводные лодки до сих пор остаются самой грозной силой любого морского флота.

Рейдер

Рейдер – военный корабль, выполняющий самостоятельные боевые действия с целью уничтожения морских судов, независимо от их предназначения, противника. В переводе с английского рейдер – «налетчик» (raider, от raid – «налет», «набег»), и он подтверждает свое название.

В начале XX в. несколько русских военных легких крейсеров, вооруженных торпедами, минами и артиллерией, использовались для уничтожения японских коммуникаций. В 1918 г. нейтральные торговые суда «Меве» и «Леопард» были переоборудованы под рейдеры с целью ликвидации немецких военных кораблей.

Рейдеры, выходя из порта приписки, не согласовывали свои действия ни с кем, что позволяло им быть долго не обнаруженными противником, так как рейдеры не поддерживали связь с руководством флота и, соответственно, не могли быть запеленгованы.

Широкое применение рейдеры получили во время Второй мировой войны. В 1939 г. по приказу немецкого командования под рейдеры были переоборудованы три линкора. Этими линкорами были «Адмирал граф Шпее», «Адмирал Шеер», «Лютцов». Данные линкоры совместно с вспомогательными крейсерами-рейдерами затопили за время боевых действий с 1939 по 1945 г. 130 судов общим тоннажем 180 000 т. Каждый рейдер имел на вооружении пушки калибром 150 мм, десять пушек калибром 20 мм, 37 мм, 40 мм, а также зенитные орудия. При скорости от 14 до 18 узлов рейдер мог сбросить иногда от 100 до 400 мин в морское пространство, если знал, что скоро по данному месту пройдут суда противника. Рейдер «Адмирал граф Шпее» 17 декабря 1939 г. был подбит английским крейсером. Чтобы судно не попало в руки противника, не были рассекречены его возможности и особенности, команда судна взорвала его в устье Ла-Плата. Рейдер «Адмирал Шеер» был потоплен в городе Киле 10 апреля 1945 г. тоже по решению всей команды. И лишь «Лютцов» был уничтожен в ходе боевых действий при бомбежке с противолодочного корабля. В Италии и Японии тоже были суда-рейдеры, но они не имели такого устрашающего значения для судов противника, как немецкие.

Современные средства обнаружения усложнили использование рейдеров в ходе боевых действий, так как они позволяют следить за морскими судами даже на большой глубине с самолета и корабля. Поэтому самостоятельно передвигаться в открытом море, не поставив командование в известность, чревато тем, что рейдер можеть быть уничтожен союзниками, а не только противником. Чтобы рейдер мог выполнять задания безукоризненно, ему нужна для охраны истребительная авиация, но это недостаточно удобно в боевых условиях.

Роф лидс

РОФ Лидс – это английский танк, созданный в 1944 г.

Масса танка РОФ Лидс составляла 51 820 кг. Броня этого танка была толщиной 17—152 мм, на этом танке устанавливался двигатель Rolls Royse Meteor Mk-IV-B, мощность которого составляла 650 л. с. Скорость этого танка составляла 34,6 км/ч. На нем находились одна пушка 105 мм, один пулемет 7,62 мм, одно пристрелочное орудие 12,7 мм.

Этот танк впервые участвовал в боевых действиях во время войны в Корее. Также он принял участие во многих других вооруженных конфликтах. Сейчас этот танк служит прототипом для многих современных танков и как учебное пособие для офицерского состава танковых войск.

Самолеты военно-морского флота

Самолеты военно-морского флота – особые классы самолетов, которые в ходе своей эксплуатации могут использоваться для уничтожения боевых сил флота противника и его транспортов.

Самолеты ВМФ бывают ракетоносными, противолодочными, истребительными, штурмовыми и вспомогательными. Оснащение самолетов ВМФ происходит соответственно классу самолета и его назначению.

Первый самолет военно-морского флота был изобретен российским инженером Д. П. Григоровичем. 6 февраля 1915 г. произошел первый в истории бой с участием самолетов военно-морского флота: это бой-налет российских самолетов на турецкий порт Зонгулдак.

Самоходная артиллерия

Самоходная артиллерия – особый вид боевой техники, сочетающий в себе качества обычной артиллерии и бронетранспортера, на основе которых чаще всего и создаются самоходные артиллерийские установки.

Обычная артиллерия, хотя и оказывает очень сильную поддержку остальным боевым частям, обладает крайне низкими мобильными качествами, что в некоторых боевых ситуациях недопустимо.

Решение этой проблемы и повлекло за собой создание самоходной артиллерии на основе бронетранспортеров с устанавливающейся на них артиллерийской установкой.

Самоходная артиллерия обладает очень высокими маневренно-скоростными качествами, убойностью обычной буксируемой артиллерии и броневой защитой, свойственной бронетранспортерам. Современные самоходные артиллерийские установки оборудованы новейшими компьютерами и защитой от химического и радиационного заражения, что продиктовано современными достижениями в военно-промышленной сфере.

К наиболее известным артиллерийским установкам можно отнести немецкие Hetrer и Schturmtiger, советские САУ ИСУ-150 и САУ ИСУ 152, американскую М110 и английскую SP70.

Сау «нона-свк»

САУ «НОНА-СВК» – российская самоходная артиллерийская установка, разработанная в 1990 г.

Масса этой САУ составляет 14 500 кг. Создание «НОНА-СВК» шло на основе бронетранспортера БТР-80 и артиллерийского орудия 2А60, калибр которого составляет 120 мм.

Ствол орудия нарезной, обладающий полуавтоматическим затвором. Скорострельность составляет до 10 выстрелов в минуту. Мощность двигателя – 260 л. с. при скорости в 80 км/ч. Вооружена эта САУ кроме орудия 2А60 еще пулеметом ПКТ 7,62 мм, четырьмя автоматами АКС-74, двумя переносными зенитными комплексами «Игла-1». На ней установлены приборы наблюдения ТНПО-115.

САУ «НОНА-СВК» использовалась во время военных действий в Чечне.

Скампавея

Скампавея – быстроходная легкая военно-гребная галера XVIII в., чаще всего использовавшаяся в итальянской армии как боевое судно, другие же страны использовали ее для разведки и пограничной службы в шхерах.

В переводе с итальянского «скампавея» – «убегающая от опасности». Это возможно сделать только лишь за счет того, что на скампавее было от 12 до 18 весел и на носу судна устанавливались две пушки, легкие по весу. Так как судно было не очень большое, то 18 весел позволяли передвигаться по тем временам с большой скоростью. Это обеспечивало возможность отрыва от догоняющего более мощного судна противника, а также для быстрейшего захвата противника, пересекшего границу государства. Если ветер был попутным, использовали треугольные паруса на двух мачтах. В России скампавеи были построены и использовались только во времена правления императора Петра I с 1700 по 1725 г.

«Стерегущий»

«Стерегущий» – миноносец русской Тихоокеанской эскадры начала XX в.

Данный миноносец был заложен в Санкт-Петербурге под названием «Кулик» в 1900 г. Частями перевозился на Дальний Восток, чтобы собрать его на месте, так как перегон был слишком дорогим для государственного бюджета. Собрано судно было в 1902 г. Сборщики миноносца решили переименовать его в «Стерегущий», так как считали, что это название больше подходит данному морскому судну.

У «Стерегущего» водоизмещение было 240 т, длина судна 57,9 м при скорости 26,5 узла. На вооружении «Стерегущего» находилось четыре орудия и два торпедных аппарата. Экипаж насчитывал 52 человека.

В марте 1904 г. миноносец вместе с эсминцем «Решительный» возвращался в Порт-Артур. Недалеко от острова Элиот они натолкнулись на четыре миноносца Японии. «Решительный» прорвался в Порт-Артур, в то время как «Стерегущий» остался прикрывать его отход. Через два часа боя к миноносцам противника подошли на помощь еще два японских миноносца.

Когда на судне были уничтожены все орудия и погибло более половины команды, японцы решили взять его на буксир. Но матросы И. Бухарев и В. Новиков, открыв кингстоны, затопили судно, не дав его взять в плен.

Позже, в 1911 г., в Санкт-Петербурге скульптором К. В. Изенбергом был создан памятник героически погибшему миноносцу «Стерегущий».

«Стрела 10мз»

«Стрела 10МЗ» – российская зенитно-ракетная система, обеспечивающая защиту от самолетов, вертолетов, крылатых ракет и других летательных аппаратов.

Эта система разработана на основе бронетранспортера БТР МТЛБ. Скорость «Стрелы 10МЗ» составляет 60 км/ч. Из походного состояния в боевое «Стрела 10МЗ» переходит за 40 с, что сводит к минимуму внезапность нападения. «Стрела 10МЗ» оборудована системой автоматического сбивания летающих неопознанных целей по принципу «вижу – сбиваю». Дальность поражения 5000 м, высота – 3000 м. Боекомплект составляет восемь ракет. Членов экипажа три человека. Масса «Стрелы 10МЗ» 12 300 кг.

Тактико-технические показатели «Стрелы 10МЗ» позволяют при использовании ее в составе различных соединений практически на 100% обезопасить это соединение от любых нападений с воздуха, за исключением тех видов авиации, использование которых может происходить за пороговой высотой «Стрелы 10МЗ».

СУ-27К

СУ-27К – модификация самолета СУ-27, являющаяся первым отечественным палубным истребителем, обладающим качествами, необходимыми для вертикальной посадки и взлета. Создан и запущен в серийное производство в СССР в 1987 г.

Крылья этого самолета могли складываться. СУ-27К оборудован тормозным гаком. Оснащен системой управления вооружением с импульсно-доплеровской РЛС, оптико-электронным локатором с нашлемной системой целеуказания, электродистанционной системой управления с четырехкратным резервированием, автоматической системой ограничения перегрузок, катапультным креслом К-36 и другим оборудованием. Двигатель, устанавливаемый на СУ-27К, – это двигатель ТРД ДФ АЛ-31К, мощность каждого из двух таких двигателей составляет 13 300 кгс. Практический потолок полетов СУ-27К – 17 000 м. Вооружение СУ-27К – это пушка ГШ – 301 калибром 30 мм, до 12 реактивных ракет УР класса «воздух – воздух», ракеты малой дальности Р-77, свободнопадающие бомбы и сверхзвуковая противокорабельная ракета «Москит». Серийно самолеты СУ-27К производят на заводе в Комсомольске-на-Амуре. Базируются выпущенные самолеты на ТАКР «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов». К 1995 г. там уже располагалось 24 самолета СУ-27К.

Оборудование, установленное на самолетах этой серии, позволяет использовать их практически в любых целях, которые вообще может выполнять военно-морская авиация. Благодаря складывающимся крыльям СУ-27К занимает достаточно мало места, что увеличивает переносные способности несущего самолеты этой серии авианосца «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов», что в свою очередь повышает его боевую мощь.

Самолеты СУ-27К обладают высокими маневренными и скоростными качествами, что увеличивает их диапазон возможностей. На данный момент практически нет самолетов, которые превосходили бы СУ-27К по тактико-техническим показателям.

Танк

Танк – боевая бронированная машина, оборудованная специальным вооружением, расположенным во вращающейся башне, способная передвигаться с помощью гусениц.

В начале XX в. когда ученые делают потрясающие весь мир открытия, когда для богатых развитых стран становится необходимо найти рынки сбыта для своей продукции, наступает период военных действий за передел территорий. В это время ряд стран разрабатывает машину, способную не только атаковать противника, но и защитить своего бойца от пули. Уже к 1910 г. все крупные европейские страны создали проект машины, которую назвали «танк», что означало в переводе с английского «машина-бак».

В России танк был разработан В. Д. Менделеевым в 1911 г., а в Австро-Венгрии – Бурштыном в 1912 г. Именно эти разработки легли в основу боевого танка, созданного в 1915 г. англичанами и русскими. Русский изобретатель А. Васильев доработал в марте 1915 г. гусеничный способ передвижения и собрал в Риге первый опытный образец «Вездеход» с противопульным бронированием и мощным пулеметом. Но танк не был запущен в производство, так как в казне не нашлось нужного количества денег. Хотя танк показал на учениях, что со скоростью передвижения 25 км/ч и его бронированной защите он может решать исход любого по тем временам сражения, его производство задерживалось на неопределенный период. Англичане же запустили небольшую партию танков с рулевыми колесами в экспериментальное производство и применили 15 сентября 1916 г. в бою с немцами на реке Сомме. Данные танки не имели еще вращающихся башен, их качество было плохим. В тот бой двинулись 32 машины, а дошли до поля боя лишь 18, так как танки застряли в болотах.

Все танки Первой мировой войны имели слабое вооружение, плохую проходимость и недостаточные технические качества. К таким танкам относились английский «Уипетт», французские «Шнейдер», «Сен-Шамон» и «Рено», немецкие тяжелые танки. Первое массовое применение танков произошло 20 ноября 1917 г., когда в бою при Камбре англичане выпустили на поле боя 378 машин. С этого сражения началась эра использования танков.

После Первой мировой войны все разработчики танков направляли свою деятельность на увеличение скорости танка, его проходимости и мощи, а также на усиление брони. Танки можно классифицировать по назначению и весу. По весу они делятся на малые, так как весят до четырех тонн, легкие, так как весят до двадцати тонн, средние, весящие до сорока тонн, танки весом более сорока тонн называют тяжелыми. По своему назначению танки делятся на линейные, артиллерийские, крейсерские, пехотные, разведывательные, авиадесантные, саперные, плавающие, прорывные и сопровождающие пехоту. Сегодня выделяют дополнительно огнеметные, химические и реактивные по имеющемуся вооружению.

К началу Второй мировой войны по своим тактико-техническим показателям легкие танки имели пушки калибра 75 мм, два пулемета, максимальную толщину брони от 25 до 60 мм при скорости около 60 км/ч и четырех членах экипажа. Средние танки имели пушки калибра 75—88 мм, три пулемета, максимальная толщина брони в башне достигала 100 мм, а в корпусе 80 мм. Передвигался со скоростью от 40 до 55 км/ч и обслуживался 4—5 членами экипажа. Тяжелые танки имели на вооружении пушки до 122-мм калибра, три пулемета, толщина брони была 100 мм и выше, наибольшая скорость передвижения 50 км/ч, обслуживающий экипаж 4—5 человек. Танк состоит из броневого корпуса с башней, силовой трансмиссионной передачей, привода управления, подвески, оборудования наблюдения, прицеливания и управления огнем, из средств связи, моторной установки танка и его вооружения. Корпус танка представляет собой соединенные бронированные стальные листы, защищающие агрегаты и боеприпасы машины от повреждения. Башня танка представляет собой вращающуюся броневую надстройку, изготовленную из литой стальной брони, защищающую членов экипажа и вооружение от повреждений.

Внутренняя часть танка чаще всего делится на четыре отделения: в отделении управления находится водитель, в боевом отделении находятся командир, наводчик и заряжающий, в моторном отделении располагаются двигатель и вспомогательные устройства, в трансмиссионном отделении размещаются механизмы, соединяющие двигатель с ведущими колесами. Пулемет танка чаще всего спарен с пушкой. На некоторых дополнительно устанавливаются минометы, огнеметы, реактивные установки. Скорострельность пушки составляет восемь выстрелов в минуту. Скорострельность пулемета – 100 выстрелов в минуту на расстояние до 800 м. На танках мощность двигателя может достигать до 1000 л. с., а удельная мощность может колебаться от 12 до 20 л. с. на одну тонну. Средняя скорость танка зависит не только от мощности двигателя, а и от трансмиссии, подвески, механизмов поворота и управления. Повороты танк осуществляет с помощью тормозных устройств, которые обеспечивают разную силу тяги, на забегающей и отстающей гусеницах. Бортовая передача происходит благодаря работе простого или планетарного шестеренчатого редуктора. Ходовая часть танка помимо гусеничной цепи, состоящей из металлических траков, соединенных между собой ушками и пальцами, состоит из дополнительной подвески, которая уменьшает толчки от неровной местности при передвижении или стрельбе. Проходимость танка по болоту, грязи и глубокому мягкому снегу зависит от высоты просвета между гусеницами и от сцепления гусениц с грунтом, по которому идет движение. Проходимость через лес зависит от веса танка. Проходимость через воду плавающие танки могут осуществлять как вброд, так и вплавь. Остальные же танки – только через мост. В условиях применения атомного оружия на танки ставятся пушки с большим калибром, прицелы-дальномеры, механизм дополнительной горизонтальной и вертикальной наводки, а также увеличения мощности двигателей.

В 1944 г. на челябинском Кировском заводе Ж. Я. Котиным был запущен в производство тяжелый танк ИС-6 с дизелем В-12У с наддувом, который был смонтирован на одной оси с генератором. Корпус и башня были защищены 120-мм и 150-мм броней и по своей форме напоминали ИС-4. На танке стояла 120-мм пушка Д-30 с начальной скоростью снаряда 790 м в секунду с боекомплектом в 30 выстрелов. Также был установлен пулемет СГМТ-43 и зенитный ДШК над люком. Ходовая часть с шестью опорными катками была идентична ИС-2 и ИС-3. Танк был способен на плавные повороты любого радиуса. Это использовалось в США при изготовлении танка TIEI, выпускаемого компанией «Дженерал электрик». В этот момент Детройтским танковым арсеналом было выпущено 250 танков Т-23 весом в 33 т и скоростью 56 км/ч.

На втором ИС-6, выпущенном в 1948 г., была применена механическая трансмиссия. Из-за этого масса танка уменьшилась до 51,5 т, а скорость возросла до 43 км/ч. Следующая модель танка ИС-7 отличалась от предыдущих хорошей бронезащитой, так как борта танка не сваривались, а гнулись под прессом. Установленный морской дизель в 1050 л. с. и планетарная трансмиссия позволили машине в 68 т развивать скорость до 59 км/ч.

Танк оказался слишком тяжелым и так как в этот период – в начале 1950-х гг. – начала пересматриваться роль тяжелых танков в условиях ядерной войны, решено было перейти на выпуск средних танков. ИС-8 повторил конфигурацию ИС-7, литую башню от ИС-3, в которой находилась пушка Д-25А, трансмиссия состояла из восьмискоростной коробки передач. Ходовая часть унифицирована с предыдущими моделями. На танке устанавливалась автоматическая система пожаротушения. ИС-8 был переименован в Т-10, а после установки на него прибора ночного видения ТВН-1, компаса ГПК-48 и механизма досыла снаряда танк стал называться Т-10А. Танк Т-10Б отличался новым прицелом. Танк Т-10М, выпускаемый с 1957 по 1962 г., отличался новой пушкой М-62-Т2 и новыми пулеметами КПВТ.

Техническая характеристика тяжелого танка Т-10М: масса – 51,5 т, длина с пушкой – 10 560 мм, длина корпуса по крыльям – 7250 мм, ширина по гусеницам – 3380 мм, высота – 2550 мм, колея – 2660 мм, база – 4550 мм, клиренс – 460 мм, мощность двигателя – 750 л. с., скорость – 51 км/ч, запас хода – 200—350 км, емкость топливных баков – 640 л, преодолеваемый подъем – 32, допустимый крен – 30, глубина преодолеваемого рва – 3 м, глубина преодолеваемого брода – 1,5 м, экипаж – 4 человека.

Начиная со второй половины 20-х гг. XX в. развитием танков как основным техническим вооружением в ходе боевых действий заинтересовалась Германия, которая и поставила их на поточное производство на территории СССР. Создавались танковые батальоны, дивизии и корпуса в германской армии, с помощью которых она начала завоевывать страны Европы. В Советском Союзе о развитии механизированных танковых частей заговорили крупнейшие военачальники 1930-х гг. Тухачевский, Уборевич, Блюхер, которые впоследствии были репрессированы. Ход Второй мировой войны показал, что в сухопутных боях танк является одним из основных технических средств, с помощью которого можно одновременно уничтожать огневые средства с живой силой противника, преодолевать препятствия, захватывать и удерживать небольшие объекты до подхода пехоты. На средних и тяжелых танках может располагаться до 10 солдат пехоты, которые идут в бой, прикрываясь броней танка.

В ходе Второй мировой войны прошли самые крупные в истории танковые сражения, длившиеся с 8 июля по 23 августа 1943 г. в направлении Орла, Курска и Белгорода.

В данном сражении принимало участие более 1200 танков. Применение танков сегодня характеризуется развитием вооружения в направлении скорострельности снарядов, увеличения калибра танковых пушек, создания мощной оптики, способной повысить меткость огня.

На современных танках применяются четырехтактные карбюраторы, четырех– и двухтактные дизели. Конструкция двигателей выполнена таким образом, что цилиндры могут находиться в вертикальном, горизонтальном и V-образном положении. В наши дни танковые армии существуют практически во всех странах мира и применяются во время проведения военных операций и боевых учений.

Танкетка

Танкетка – боевая бронированная машина, применяемая в качестве технического средства в воздушно-десантных войсках.

В 1911 г. русским изобретателем Г. Е. Котельниковым был создан первый в мире ранцевый парашют, с помощью которого из подбитого самолета мог удачно приземлиться летчик с принадлежащим ему оружием. Уже в годы Первой мировой войны военные изобретатели задумывались о том, что воздушно-десантные войска, если таковые создать, могут, благодаря внезапной высадке, изменить ситуацию на поле боя. В начале 1930-х гг. в разных странах были попытки создать танк-самолет, оснащенный крыльями и движущимся винтом. Попытки были неудачны. Лишь в 1935 г. киевские десантники провели показательные учения, рекламируя воздушно-десантные войска. Они отрабатывали сбрасывание на парашютах танкеток Т-27 и легких танков Т-37. Танкетки были подвешены к самолетам. Когда десантники прыгали на индивидуальных парашютах, танкетку спускали на специальном грузовом парашюте, через несколько минут ее уже применяли в бою.

После окончания Великой Отечественной войны в СССР конструкторское бюро Горьковского автозавода, под руководством Н. А. Астрова, работало над созданием легкой бронированной танкетки. В 1949 г. на вооружение армии поступила самоходная артиллерийская установка АСУ-76. Толщина брони установки была 13 мм. В рубке машины установлена пушка Д-56Т калибром 76 мм с боекомплектом в 30 выстрелов. На борту был прикреплен ручной пулемет РП-46. Прицелы ОПТ-2 позволяли вести прицельный огонь с любых позиций. Двигатель ГАЗ-51Е вместе с коробкой передач был размещен в кормовой части рубки. Остальные узлы находились в передней части корпуса. От танка танкетку отличала ходовая часть, состоящая из колес и катков за бортом. Подвеска танкетки торсионная с гидравлическими амортизаторами, работающими на передних узлах. Направляющие колеса были самотормозящими, что укрепляло устойчивость машины при стрельбе. Танкетка была хороша, но ее не могли запустить в производство, так как не было подходящей для ее транспортировки авиации.

В 1951 г. изготовили более легкую АСУ-57 с новой 57-мм пушкой Ч-51 конструкции Е. В. Чарнко, стреляющей снарядами, летящими со скоростью 1158 м/с. Все это сделало самоходку опасным противником всей среднебронированной техники. В 1954 г. появилась первая плавающая танкетка с водонепроницаемым корпусом АСУ-57П. В качестве водоходного двигателя были установлены гребные винты с приводом от направляющих колес. Но такая установка при хорошей маневренности на плаву очень медленно двигалась на суше. Поэтому от нее было решено отказаться. Доработанную в ином направлении АСУ-57 будут использовать несколько позже. В этот же момент в качестве танкетки пробуют использовать модернизированную армейскую самоходку СУ-76, где лобовой лист толщиной 45 мм мог защитить экипаж даже от бронебойных снарядов, так как корпусная броня вся была наклонена на 45° и придавала танкетке обтекаемый вид. На борту размещалась спаренная с пулеметом 85-мм пушка Д-70. Начальная скорость снаряда 1005 м/с делала данную танкетку равной по мощи танку Т-34. Н. А. Астров вспоминал, что пробовали на танкетки поставить дизельные двигатели, но это привело к усложнению проектирования и, соответственно, к усложнению производства.

Постепенно инженеры улучшали ходовые качества танкеток, старались развить более высокую скорость, что становилось возможным из-за малого веса машины. В конце 1960-х гг. все танкетки были оборудованы приборами ночного видения, радиостанциями и дымовыми шашками БДШ-5.

В 1970-е гг., когда в США начала активно развиваться штурмовая авиация и противотанковые вертолеты, наши танкетки были дополнены зенитными пулеметами ДШК. Танкетки очень долго оставались на вооружении, но сейчас практически полностью заменены боевыми машинами десанта БМД или техникой, созданной на основе данной машины.

Для сравнения приведем тактикотехнические характеристики танкеток АСУ-57 и СУ-85. Масса АСУ-57 3,3 т. В машине три члена экипажа. Длина корпуса – 3480 мм, ширина – 2086 мм, высота – 1460 мм. Скорость 45 км/ч с запасом хода на 250 км. Броня лба танкетки – 6 мм, борта – 4 мм, кормы – 4 мм. Калибр пушки – 57 мм. Боекомплект состоит из 30 снарядов. СУ-85 имеет массу 15,5 т. Численность экипажа 4 человека. Длина корпуса – 6240 мм, ширина – 2970 мм, высота – 2970 мм. Скорость движения 45 км/ч при запасе хода на 360 км. Лобовая броня равняется 45 мм, борта – 13 мм, кормы – 6 мм. Калибр установленной на СУ-85 пушки равен 85 мм при запасе боекомплекта в 45 снарядов.

Танкетки применяются в воздушнодесантных войсках для решения тактических и стратегических задач. Для переброски танкеток на любой участок фронта чаще всего используют вертолеты Ми-4 и самолеты Ан-26 и Ан-8. Несмотря на то что в современных войсках больший приоритет отдается атомному и реактивному вооружению, роль воздушно-десантных войск не уменьшается, и служба в данных войсках как была, так и остается почетной.

Т-34

Т-34 – советская гусеничная бронированная машина, предназначенная для передвижения по бездорожью и преодоления различных препятствий, а также для уничтожения различных объектов и живой силы противника.

В 30-е гг. XX в., когда фашистская Германия захватывала одно государство за другим, перед изобретателями нашей страны встала задача подготовить машины, способные остановить противника. М. И. Кошкин в марте 1940 г. создал два опытных образца танка Т-34. Пока решались вопросы с серийным производством данного танка, началась Великая Отечественная война. С момента нападения фашистской Германии на Советский Союз 22 июня 1941 г. немецкие самолеты и танки, уничтожая людей, технику, различные объекты, обеспечивали быстрое наступление всем фашистским частям. Имевшийся на вооружении советский танк КВ-1 не был способен противостоять немецким «тиграм» и «пантерам». Поэтому по приказу Сталина началось производство нового танка, который мог бы противостоять танкам противника.

Лучшим был признан танк, созданный конструкторским бюро, которым руководил М. И. Кошкин.

Данный танк относился к типу средних танков по своему весу, но по тактико-техническим показателям был приближен к тяжелому немецкому танку «тигр». Даже немецкие специалисты удивлялись его проходимости. В то время, когда вся их техника застревала в осенней грязи, Т-34, благодаря широким гусеницам, легко шел по полям и болотам и мог появиться в самых неожиданных для немцев местах. Приземистый, с обтекаемой формой, он был практически неуязвим для вражеских машин, так как немецкие танки с бензиновыми двигателями сразу воспламенялись от первого выстрела, а Т-34 из-за мощных алюминиевых дизелей выдерживал несколько прицельных попаданий.

Вес Т-34 был около 40 т. В вооружение танка Т-34 входила пушка калибра от 75 до 88 мм, два пулемета калибром 7,62 мм и один пулемет калибром 12,7 мм. Максимальная толщина брони корпуса составляла 80 мм, а толщина брони башни – 100 мм. Наибольшая скорость, которую мог развить танк Т-34, была 55 км/ч при удельном давлении 0,8—0,85 кг/см2. Машину обслуживали четыре человека. Для облегчения условий работы экипажа в танковых пушках используются механизмы автоматической продувки канала ствола после выстрела.

В спаренной с пулеметами пушке прицельные шкалы нарезаны в соответствии с баллистикой и пушки, и пулеметов. Крепятся пулеметы к пушке с помощью горизонтальных цапф в лобовой части башни.

Выход танкистов из башни осуществляется через люк, закрытый броневой маской. Вертикальная наводка происходит с помощью подъемного механизма цапфы, а горизонтальная – с помощью поворота башни до 360°.

Танк был сконструирован так, чтобы возможен был ремонт машины, поврежденной в сражении, даже на поле боя. Это обеспечивало способность советских танков Т-34 уже на следующий день после боя принимать участие в фронтовых операциях.

Танк Т-34 признан лучшим в годы Второй мировой войны. Именно эти танки принимали участие в боях на Курской дуге 1943 г.

Танк Т-34 зачастую называют «танком Победы», так как именно эти танки первыми вошли в Берлин, ведя за собой войска Первого Белорусского и Первого Украинского фронтов. Советские танки Т-34 вместе с пехотинцами освобождали Румынию, Болгарию, Югославию, Венгрию, Чехословакию, Польшу от немецко-фашистских захватчиков.

В ряде этих городов стоят памятники Т-34. В наши дни чаще всего танк Т-34 используется на танкодромах как учебная боевая машина, на которой практически отрабатываются приемы захвата препятствий и заграждений, мишенная стрельба, исходное вождение танка, умение преодолевать водные и заболоченные участки местности.

Т-62

Т-62 – тяжелый танк, разработанный в СССР в 1962 г.

Масса этого танка составляла 40 000 кг. Защищающая его броня была толщиной в 20—170 мм. На нем устанавливали двигатель Model V-12, мощность которого составляла 580 л. с. Его вооружение – одна пушка U-5TS калибром в 115 мм и один пулемет 7,62 мм. Скорость танка составляла 45,5 км. На нем было четыре члена экипажа.

Тачанка

Тачанка – четырехколесная боевая повозка, передвигаемая с помощью автомобильной или конной тяги, имеющая на вооружении станковый пулемет.

Техническая характеристика полностью зависела от пулемета и колесного привода самой тачанки.

Пулемет «Максим» впервые применялся в России в годы Русско-японской войны. Он имел калибр 7,62 мм и вес 63,5 кг. Темп стрельбы был до 600 выстрелов в минуту при боевой скорострельности 300 выстрелов в минуту. Одна пулеметная лента вмещала 250 патронов. Начальная скорость пули достигала 800 м/с.

В 1910 г. Россия выкупила лицензию на производство станкового пулемета «Максим», который был запущен в массовое производство и широко использовался как в годы Первой мировой войны, так и в годы Гражданской войны. Станковый пулемет, установленный на колесный станок, обеспечивал в тот период очень высокую меткость стрельбы из-за легкого изменения горизонтального и вертикального наведения механизмов.

Применение тачанки в бою легко приводило к расчленению рядов противника и к их уничтожению. Тачанка повышала устойчивость обороны и усиливала ударную и огневую мощь пехоты. Данная особенность тачанки приводила ее к лидирующему положению в боевых подразделениях различных армий времен Гражданской войны в России.

Тендер

Тендер – военно-разведывательный парусный корабль, находившийся в составе пограничных подразделений в XIX в. В России тендер входил в состав военно-морского флота с 1817 по 1861 г.

Он имеет вид одномачтового судна длиной 28 м и шириной до 5 м при водоизмещении до 200 т, вооруженного 12 пушками малого калибра.

Тендер применялся для посыльной, разведывательной и дозорной службы. Но, имея небольшую скорость, он был переведен в разряд грузовых судов и мореходных яхт и заменен шлюпами и катерами.

«Тигр»

«Тигр» – боевая бронированная машина, относящаяся к классу тяжелых танков, применяемая в вооруженных силах Германии в 30—40 гг. XX в.

Весной 1915 г. русский изобретатель А. А. Пороховщиков изобрел танк, способный преодолевать трехметровые траншеи, ямы и кочки. Но в России в тот момент не было денег для массового производства такой техники, и разработки ученого были отложены до лучших времен. В 1916 г. около района Альбер-Перрона 32 английских танка «Марк-1», или Мк I, атаковали немцев и прорвали немецкую оборону на данном участке фронта. Немцы поняли значение этой мощной машины и после окончания Первой мировой войны начали искать возможность производства подобной техники. Первый немецкий танк А-7-V был запрещен во время Версальско-Вашингтонских переговоров, как и производство любой другой военной техники. Но немецкими конструкторами были разработаны несколько видов танков, которые они начинают производить в дружеских им странах. Среди этих танков был и танк Т-VI, или, как его называли в бывшем Советском Союзе, «Тигр».

Данный танк относится к числу тяжелых танков Второй мировой войны. Его вес достигал 40 т при умении развивать скорость до 40 км/ч. Несмотря на то что максимальная толщина брони достигала 100 мм и он практически был непобедим в первый период войны, «Тигр» будет легко пробиваться советскими Т-34. Навооружении «Тигра» находились пушки калибра 75—122 мм и три пулемета калибров 7,62 мм и 12,7 мм. Экипаж состоял из 4—5 человек. Формы танка были позаимствованы у советских танков. Данная броневая машина производилась на заводах Круппа любимцем А. Гитлера Ф. Порше и считалась настоящим монстром на полях сражений.

«Тигр» применялся в годы Второй мировой войны на полях сражений в немецко-фашистских войсках.

После окончания войны его образец был взят на вооружение американскими конструкторами для подготовки моделей, способных в ходе боя не считаться с ландшафтом и укреплениями противника.

Тральщик

Тральщик – военный корабль, необходимый для обнаружения и уничтожения мин противника, а также для конвоирования военных и торговых судов.

С началом Первой мировой войны, когда начинается активное использование мин для подрыва как надводных, так и подводных судов, появилась необходимость в создании военных кораблей, способных ликвидировать данную опасность. Поэтому уже к 1918 г. было создано несколько кораблей-тральщиков.

Тральщики подразделяются на эскадренные, базовые, рейдовые, катерные и речные. Тральщик отличается от остальных боевых кораблей наличием троса, к которому крепится сам трал, способный подсекать мину. После подсечения мина либо сразу взрывается, либо всплывает. После всплытия мина уничтожается артиллерийскими орудиями тральщика.

Эскадренные тральщики, помимо уничтожения мин в море, сопровождают военные и торговые корабли до пункта назначения. Базовые и рейдовые тральщики тралят по курсу, заданному авиационными разведчиками. Катерные тральщики в прибрежных районах зачастую с помощью буксира и углубителя опускают трал и буксируют мину на мелкое место для уничтожения. Речные тральщики в годы войны очищают дно рек от мин, в мирное время выполняют функции рыболовецких судов.

Трирема

Трирема – древнеримский военный корабль, имевший три ряда весел и окованный нос судна, используемый как таран.

ТУ-95 Bear

ТУ-95 Bear – советский стратегический бомбардировщик.

Имел четыре двигателя ТВД 2ТВ мощностью 12 000 л. с. На нем устанавливалось самое совершенное по тем временам оборудование. Создан в 1949 г., но поступил в серийное производство только в 1951 г. Первый полет самолетов ТУ-95 Bear состоялся 12 ноября 1952 г.

ФМБТ

ФМБТ – танк, разработанный и используемый в США.

Его масса составляла 48 000 кг. Броневое обеспечение соответствует классу тяжелых танков. На нем установлен двигатель ГГД LV-100, мощность которого составляет 2000 л. с., что позволяет этому танку развить скорость до 100 км/ч. Калибр основной пушки составляет 120—140 мм, калибр дополнительной автоматической пушки – 30 мм. Также на нем установлен 7,62-мм пулемет, и он укомплектован семью зенитными самонаводящимися ракетами.

Танк ФМБТ используется сейчас вооруженными силами США в Ираке.

Фрегат

Фрегат – военный трехмачтовый гребной корабль, относящийся к классу легких галер, предназначенный для крейсерской и разведывательной службы. К концу XVIII в. фрегат представляет собой уже второй по мощности корабль, на котором установлено 60 пушек.

В конце XVII – начале XVIII в. в период расцвета создания военных морских судов появляется необходимость в создании военного корабля меньшего по величине, чем линейный, но большего, чем галера.

На рубеже XVIII—XIX вв. создаются деревянные, железные и смешанные фрегаты. С внедрением в производство паровых двигателей появляются пароходофрегаты. А с 1860 г. фрегаты, имеющие броню, уже начали относиться к классу броненосцев. В 1848 г. был спущен на воду первый фрегат с гребным винтом «Архимед». Фрегаты несли не только военно-морскую службу. В начале XIX в. фрегат «Крейсер», входивший в состав Балтийской эскадры и имевший на вооружении 36 пушек, под командованием М. П. Лазарева вышел из Кронштадта к берегам Северной Америки с целью доставки груза Северо-Американской компании. Позже фрегат нес службу на Аляске и наконец совершил кругосветное путешествие, о чем было написано в книге «Метеорологические наблюдения, производившиеся во время кругосветного плавания фрегата “Крейсер”».

В XVII—XVIII вв. фрегаты предназначались для крейсерской и разведывательной службы. В России первые гребные фрегаты появились в период правления императрицы Екатерины II в конце XVIII в. На русских фрегатах было от 12 до 18 пар весел. Вооружением фрегатов являлись тяжелые пушки, численность которых доходила на некоторых судах до 38 орудий.

Сегодня фрегаты используются в качестве сторожевых кораблей в Англии и США. Их водоизмещение доходит до 2000 т. В перспективе могут использоваться в борьбе с подводными лодками.

«Челленджер-3»

«Челленджер-3» – тяжелый танк, состоящий на вооружении в Великобритании.

Масса этого танка составляет 55 000 кг. В нем располагаются 3 члена экипажа.

Установлен дизельный двигатель V-8X1500, мощность которого составляет 1500 л. с. Этот двигатель позволяет развивать «Челленджеру-3» скорость до 70 км/ч. Калибр основной пушки данного танка составляет 140 мм, дополнительной автоматической пушки – 25—35 мм. Также на нем установлен 7,62-мм зенитный пулемет. Броня «Челленджера-3» защищает членов экипажа даже от прямых попаданий из некоторых орудий.

Этот танк нашел свое применение в военных частях Великобритании и использовался в составе английской группы войск в Ираке.

Шлюп

Шлюп – военный парусный корабль XVIII—XIX вв., используемый в качестве судна-разведчика.

Это трехмачтовое судно с двумя прямыми парусами на передних мачтах и косым парусом на кормовой мачте. Длина судна доходила до 40 м, ширина – до 10 м при водоизмещении до 900 т. Вооружение шлюпа доходило до 28 орудий, которые размещались на двух палубах и обслуживались экипажем до 73 человек.

Шлюп «Мирный» под руководством М. П. Лазарева и шлюп «Восток» под руководством Ф. Ф. Беллинсгаузена совершили кругосветное плавание и открыли Антарктиду в 1820 г.

Шнява

Шнява – это двухмачтовое военное парусное судно XVII—XVIII вв., выполняющее военно-разведывательную службу, с водоизмещением до 150 т, вооруженное 18 пушками малого калибра.

Штурмовик

Штурмовик – боевой самолет, главной целью которого является уничтожение живой силы и техники противника на поле боя с малой высоты.

В ходе Первой мировой войны, когда для проведения операций требовалось большое скопление людей и техники, появилась необходимость в создании самолета, способного с помощью пушек и бомб уничтожать противника и вносить дестабилизацию в его действия. Таким самолетом оказался штурмовик с хорошей маневренностью и броней, позволяющий атаковать наземные объекты с малых высот и с бреющего полета, с пикирования и с горизонтального полета. Хорошая маневренность обеспечивала как внезапность удара, так и точность поражения объектов противника.

В сентябре 1919 г. председателем Совета народных комиссаров В. И. Лениным было дано задание, используя имеющиеся истребители, разработать специальную инструкцию по ведению штурмовых действий для уничтожения конницы белогвардейцев, вышедшей в тыл Красной Армии. Лишь в 1926 г. штурмовики выделяются в особый род авиации. В 1930 г. в СССР был сконструирован на основе разработок немецких инженеров первый самолет под названием легкий штурмовик ЛШ, который представлял собой бронированный биплан на двух летчиков. Мощность мотора штурмовика была 500 л. с. К концу тридцатых годов самыми известными штурмовиками были самолеты Германии, Англии, США.

Для штурмовых действий Германия применяла бомбардировщик «Хеншель», истребители «Мессершмитт» (МЕ-110), «Фокке-Вульф» (ФВ-190). На обеспечении штурмовых действий Англии применялись истребители «Тайфун» и «Харрикейн». США в качестве штурмовиков использовали бомбардировщики «Мустанг» (А36-А) и «Инвейдер» (А26-СБ), а также истребители «Лайтнинг» (П-38) и «Тандерболт» (П-47м).

В Советском Союзе штурмовик был разработан в 1938 г. С. В. Илюшиным и получил название ИЛ-2. Штурмовик был запущен в производство лишь в 1940 г., практически перед самым началом Великой Отечественной войны. ИЛ-2 имел мотор АМ-38 мощностью 1600 л. с. и мог развить скорость до 400 км/ч, имел пулеметы и пушки на вооружении. ИЛ-2 мог нести на своем борту бомбы весом до 600 кг, что позволяло уничтожать большие силы противника как в живой силе, так и в технике. В годы Второй мировой войны ИЛ-2 был модернизирован под современную ему обстановку. Для защиты самолета с тыловой стороны была добавлена кабина для стрелка, укреплена броня, увеличен диапазон скоростей и усилена мощность мотора.

К 1944 г. созданные самолеты-штурмовики ИЛ-10 заняли господствующее положение в воздухе, что обеспечивало более быстрое продвижение войск вперед. Штурмовики всегда действовали совместно с пехотой и танковыми корпусами. Зачастую в небо поднимались все три вида «воздушных богов». Бомбардировщики уничтожали технику, штурмовики – живую силу противника, а истребители вели борьбу с самолетами противника, которые стремились атаковать наших летчиков в воздухе. Штурмовики применяли два способа боевых операций.

Первый способ – сосредоточенные удары проводились только в тех случаях, когда нужно было за малый промежуток времени уничтожить объекты противника.

Второй способ – эшелонные удары проводились с небольшими промежутками времени с целью психологического давления. В штурмовой авиации могут применяться абсолютно различные боевые порядки. Чаще всего командир подразделения на месте ведения боя решал, каким порядком будет лететь его подразделение, в какой последовательности, какая машина будет принимать участие.

Сегодня все штурмовики имеют реактивные двигатели, способные передвигаться с большой скоростью на большие расстояния. На всех современных штурмовиках стоит новейшее вооружение и оборудование, способное на расстоянии нескольких тысяч километров уничтожать точным попаданием в цель объекты противника и скопление его живой силы.

В ряде стран для ведения штурмовых операций используются реактивные истребители, которые могут развить большую скорость и маневренность, нежели бомбардировщики.

Эсминец

Эсминец (полное название «эскадренный миноносец») – это боевой класс корабля, используемый для торпедирования, охраны эскадры, разведки, уничтожения подводных лодок, надводных кораблей противника.

После использования в XIX в. в ходе боевых морских операций мин появилась необходимость в создании военных кораблей, способных нанести торпедные и минные удары как в одиночку, так и в эскадренном построении.

Эсминцы появились в 1863 г. в США, когда американцам необходимо было начать расширение своих территорий с использованием военно-морских сил. Русские малые эскадренные миноносцы водоизмещением 23—75 т и скоростью 16 узлов были построены в 1877 г. На борту данного эсминца находился всего лишь один торпедный аппарат. Производство эсминцев было отложено на неопределенное время. И лишь в период Русско-японской войны 1904—1905 гг. были созданы миноносцы, которые кроме нанесения торпедных ударов должны были защитить корабли от эскадры противника. Данные морские суда и получили название эскадренных миноносцев.

В 1910—1913 гг. в Санкт-Петербурге был построен эскадренный миноносец «Новик», который обладал тактико-техническими данными, считавшимися лучшими до 1920 г. «Новик» обладал водоизмещением 1300 т. Его скорость – 37 узлов. На вооружении стояло четыре 100-мм орудия и четыре двухтрубных торпедных аппарата, 50 крупных морских якорных мин. «Новик» являлся головным кораблем серии, послужившей прототипом современных судов данного класса. Таких судов было построено около 50, и они успешно участвовали в Первой мировой войне.

Сегодня эсминцы – это крупные корабли, вооруженные как минимум десятью торпедными аппаратами 533-мм калибра, шестью универсальными орудиями 127-мм калибра, 20 автоматическими зенитными пушками 40-мм калибра. Все эсминцы имеют гидроакустические приборы. На всех эсминцах стоят новейшие механизмы для обнаружения, поиска и уничтожения подводных лодок.

Но до сих пор скорость эсминцев не превышает 40 узлов, хотя дальность плавания увеличилась до 4000 миль. Водоизмещение современного эсминца около 3000 т.

«Eurokopter Tiger»

«Eurokopter tiger» – разновидность противотанкового вертолета, созданного совместными усилиями французских и немецких инженеров.

На нем всего два члена экипажа. «Eurokopter tiger» оборудован силовой установкой Rolls Royse 2MTR 390, мощность которой составляет 1556 л. с., они позволяют вертолету развить скорость до 272 км/ч.

К вооружению, устанавливаемому на вертолетах этой серии, можно отнести четыре неуправляемые противотанковые ракеты «Mistral» или «Stinger» и 8 систем МОТ.

Вертолет также оборудован автоматической системой управления полетом.

«Eurokopter AS 550 U2 Tennec»

Eurokopter AS 550 U2 tennec – разведывательно-наблюдательный вертолет, созданный немецкими и французскими инженерами на основе «Eurokopter tiger».

В состав экипажа входят один пилот и пять наблюдателей.

В движение вертолет приводит силовая установка ТВД Turbomex Arriel 1D1, мощность которой составляет 732 л. с., что позволяет развивать скорость до 287 км/ч.

Этот вертолет используется для сбора информации о соединениях врага, дислоцирующихся в труднодоступных локациях, и для наблюдения за ними. Но его применение ограничено крайне низкими показателями защиты.

Раздел 7. Авиационная техника

Авиационные преобразователи электрической энергии

Авиационные преобразователи электрической энергии являются вторичными источниками электрического тока. Они преобразуют электрическую энергию с данными параметрами в электрическую же энергию, но с другими параметрами. Параметрами электрической энергии, подвергающимися преобразованию (изменению), могут быть род тока, уровень напряжения, частота тока, число фаз и т. п. Один преобразователь может изменять один или несколько параметров электрической энергии. На летательных аппаратах преобразователи применяются для питания отдельных групп потребителей, требующих для своего функционирования параметры электрической энергии, отличные от тех, которые выдают основные (первичные) источники, т. е. генераторы. Преобразователи могут применяться также в качестве резервных источников электрической энергии. Наиболее часто используются преобразователи рода тока и уровня напряжения: инверторы, выпрямители, трансформаторы. Инверторы, т. е. преобразователи постоянного тока в переменный, выполняются электромашинными или статическими. Электромашинный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора переменного тока (иногда нескольких генераторов), имеющих общий вал. При подаче постоянного тока на электродвигатель он начинает вращать общий вал преобразователя, и на выходе генератора преобразователя появляется напряжение переменного тока. Электромашинные преобразователи имеют в своем составе системы запуска преобразователя, стабилизации напряжения и частоты тока.

На самолете МИГ-29 в качестве резервного источника переменного тока применяется электромашинный преобразователь ПТО-1000/1500 М, имеющий два генератора переменного тока (трехфазный и однофазный) и соответственно два выхода. Он преобразует постоянный ток напряжением 27 В в переменный трехфазный напряжением 37 В частотой 400 Гц и переменный однофазный напряжением 120 В частотой 400 Гц. Мощность трехфазной части преобразователя составляет 1000 ВА, однофазной – 1500 ВА. Статические инверторы выполняются на основе полупроводниковых приборов (транзисторов). Выпрямительные устройства обычно имеют в своем составе понижающий трансформатор и полупроводниковые выпрямительные диоды.

На вертолете МИ-24 устанавливаются два выпрямительных устройства типа ВУ-6 мощностью по 6 кВт. Основными источниками электрической энергии на ЛА являются электрические генераторы. Они преобразуют механическую энергию вращательного движения в электрическую. Принцип действия авиационных генераторов аналогичен общепромышленным. Авиационные генераторы имеют некоторые конструктивные особенности и особенности характеристик. Отличительной характеристикой авиационных генераторов является их высокая удельная мощность (до 3,3 кВт/кг), т. е. отношение мощности к массе. Этот показатель у авиационных генераторов в 6—10 раз выше, чем у общепромышленных. Это достигается за счет повышенных частот вращения генераторов (n = 4000 : 12 000 об/мин), применения высококачественных электротехнических материалов с высокой степенью их использования (повышенные плотности токов, повышенные тепловые нагрузки), использования эффективных систем охлаждения. Но срок службы авиационных генераторов значительно снижается, составляя до 3000 ч, в то время как у общепринятых промышленных генераторов он исчисляется десятками лет.

Важным при эксплуатации генераторов является вопрос их охлаждения, так как мощность, которую можно получить от генератора при его работе долгое время, в основном определяется количеством тепловых потерь, отводимых от него, т. е. степенью его охлаждения. Охлаждение генераторов при полетах ЛА на сравнительно небольших высотах и дозвуковых скоростях осуществляется путем продува через них встречного потока забортного воздуха. Воздух поступает в генератор через специальный входной патрубок. Для охлаждения генератора при его работе на земле на валу генератора имеется вентилятор (осуществляет самовентиляцию). Но в этом случае (из-за недостаточной эффективности охлаждения) от генератора можно получить мощность не более 30% от номинальной при его работе не более 30 мин. На больших высотах полета интенсивность охлаждения уменьшается вследствие снижения плотности и, следовательно, весового количества воздуха, прогоняемого через генератор, а также вследствие снижения коэффициента теплоотдачи его нагретых частей. Также значительно уменьшается интенсивность охлаждения с увеличением скорости полета (при сверхзвуковых полетах), так как из-за аэродинамического нагрева при торможении воздуха в вентиляционной системе генератора температура охлаждающего воздуха значительно повышается. Поэтому генераторы ЛА, эксплуатирующиеся на больших высотах полета и больших сверхзвуковых скоростях, имеют специальные системы охлаждения: масляную, воздушно-испарительную и др. В воздушно-испарительной системе охлаждения воздушный поток используется для транспортировки хладагента (спиртоводная смесь) в генератор в дисперсном состоянии. В генераторе хладагент распыляется, и образуется тонкая пленка на поверхности активных элементов генератора, которая, испаряясь, охлаждает генератор.

На ЛА используются генераторы постоянного и переменного тока. Генераторы постоянного тока имеют в своем составе щеточно-коллекторный узел (механический выпрямитель) на основе подвижных контактных соединений. Наличие щеточно-коллекторного узла (механического контакта) снижает надежность работы генератора (особенно при высотных полетах), увеличивает трудозатраты на необходимое обслуживание генератора, не позволяет повысить напряжение генератора (принято U = 28,5 В). На новых ЛА применяются так называемые бесконтактные генераторы постоянного тока, которые вместо щеточно-коллекторного узла снабжены полупроводниковым выпрямителем (полупроводниковыми диодами). Это позволяет исключить основные недостатки, присущие щеточно-коллекторным генераторам. Генераторы переменного тока выполняются бесконтактными. Генератор переменного тока типа ГТ – это так называемый генератор с вращающимися полупроводниковыми выпрямителями. Для обеспечения бесконтактности и автономности возбуждения этот генератор выполнен в виде агрегата, состоящего из возбудителя, подвозбудителя и основного генератора. Возбудитель применяется для обеспечения автономности возбуждения генератора, и его возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, выполненных в виде «звездочки», расположенной на роторе. При вращении ротора в трехфазной якорной обмотке подвозбудителя наводится переменная электродвижущая сила (ЭДС) и возникает переменный ток, который выпрямляется в регуляторе напряжения (в состав генератора не входит) и протекает по обмотке возбуждения возбудителя.

В якорной обмотке возбудителя возникает ЭДС, протекает ток, который выпрямляется и подается на обмотку возбуждения основного генератора, и в трехфазной обмотке якоря основного генератора наводится переменная ЭДС. Авиационные генераторы приводятся во вращение от авиационных двигателей через редукторы.

Приводы генераторов постоянного тока – обычные механические редукторы. Так как частота вращения авиационных двигателей не постоянна, а зависит от режима их работы (малый газ, максимум, крейсерский режим и т. д.), то и генераторы постоянного тока вращаются не с постоянной частотой, а имеют определенный диапазон частот вращения порядка 4000—9000 об/мин (генераторы с расширенным диапазоном частот вращения). Чтобы частота тока у генератора переменного тока на выходе была стабильной, он должен иметь постоянную частоту вращения. Поэтому между авиационными двигателями и генераторами переменного тока устанавливаются специальные приводы постоянной частоты вращения (ППЧВ), иногда называемые приводами постоянной скорости (ППС).

ППЧВ представляет собой устройство, имеющее входной и выходной валы и систему стабилизации частоты вращения выходного вала. Таким образом, генератор переменного тока, сочлененный с выходным валом ППЧВ, имеет постоянную частоту вращения. ППЧВ бывают (по виду использующейся в них промежуточной энергии) гидравлическими, пневматическими, электромеханическими, механическими. На ЛА, в зависимости от их конструкции, типа и мощности потребителей электрической энергии, может устанавливаться различное количество генераторов (от 1 до 12) различной мощности. В настоящее время на ЛА наиболее широко применяются следующие типы генераторов. Генераторы постоянного тока: типов ГСР, ГСБК мощностью Р = 3 : 24 кВт, напряжением 28,5 В. Буквы в обозначении генераторов означают: Г – генератор; С – самолетный; Р – с расширенным диапазоном частот вращения; БК – бесконтактный. Цифры в маркировке генератора означают его номинальную мощность в кВт.

Если в маркировке генератора присутствует буквосочетание СТ, то данный генератор может использоваться в режиме стартера (стартер-генератор), т. е. в режиме электродвигателя. Используется принцип обратимости электрических машин: электрический генератор может работать в качестве электродвигателя, и наоборот. Режим стартера используется при запуске авиадвигателя для раскрутки его ротора.

Пример: ГСР-СТ-12/40 – стартер-генератор мощностью 12 кВт в генераторном режиме и 40 кВт – в стартерном режиме. Генераторы переменного тока используют синхронные мощностью от 4 до 120 кВА ГТ, ГО и др. Например, ГТ-30 – генератор трехфазный мощностью 30 кВА.

Аппараты управления и защиты источников электрической энергии выполняют функции управления и защиты. Функция управления сводится к тому, что источник электроэнергии подключается к самолетной сети только тогда, когда он исправен, а нагрузка подключается к источнику, когда качество электроэнергии отвечает требуемому. Управление также подразумевает отключение источника в любой момент времени. Функция защиты означает предотвращение развития аварийных режимов в электроэнергетической системе.

В случае возникновения аварийного режима аппаратура защиты должна:

  1) определить место возникновения аварийного режима;

  2) отключить поврежденный участок электрической системы;

  3) подключить резерв (если он есть).

Типичными аварийными режимами, могущими возникнуть в системах постоянного тока, являются:

  1) повышение или понижение напряжения (при выходе из строя системы регулирования напряжения);

  2) короткие замыкания.

В системах переменного тока, кроме того, могут быть следующие аварийные режимы:

  1) чрезмерное повышение или понижение частоты;

  2) неравномерность нагрузок по фазам генератора.

Аппараты управления и защиты имеют по несколько чувствительных элементов, которые контролируют необходимое число параметров электроэнергии, а также устройство логической обработки сигналов, поступающих с чувствительных элементов, которое вырабатывает в соответствии с ситуацией необходимые управляющие воздействия на исполнительные элементы.

Элементной базой большинства аппаратов управления и защиты являются интегральные микросхемы и контакторы. К аппаратам защиты сети относятся плавкие предохранители и биметаллические автоматы защиты сети. Эти агрегаты предназначены для отключения проблемных участков сети в случае возникновения в них токовых перегрузок или коротких замыканий.

Плавкими предохранителями называют электрические аппараты, имеющие плавкий элемент. Этот элемент (медная, серебряная, цинковая проволока или пластина) плавится при прохождении по нему тока, сила которого превышает номинальную, и при этом разрывает цепь, в которую он включен. Плавкие предохранители имеют малые габаритные размеры, просты по конструкционному исполнению и достаточно надежны в работе. Их недостатки: одноразовость действия, большой разброс параметров (и невозможность их проверки), трудозатраты при замене.

Биметаллические автоматы защиты сети являются и защитными, и коммутационными аппаратами (выключателями). Их главным элементом является биметаллическая пластина из двух металлов, обладающих различным коэффициентом линейного расширения, по которой проходит ток защищаемой цепи. Как только сила тока недопустимо возрастает, пластина нагревается, оба металла расширяются по-разному, пластина изгибается и размыкает контакты цепи. Такие автоматы бывают типов АЗР, АЗС, АЗК-1 (кнопочные) и др. Цифра в обозначении автомата указывает ток в амперах, на который он рассчитан. Например, АЗС-5, АЗР-15. Из большой номенклатуры монтажно-установочного оборудования можно выделить как наиболее часто встречающиеся штепсельные разъемы – электрические соединители. Комплект разъема состоит из колодки и вставки. Электрическое соединение колодки и вставки осуществляется контактами типа штырь-гнездо, к хвостовой части которых припаиваются провода. Механическое соединение обеспечивается накидной гайкой, которая контрится во избежание самоотвинчивания. Типы разъемов: ШР, СШР, ШРГ и др. (Г – герметичный). Есть разъемы типа СНЦ, имеющие байонетное (штыковое) соединение (а не накидную гайку). Байонетное соединение осуществляется быстрее, чем резьбовое.

Для обеспечения необходимого качества электрической энергии совместно с ее источниками функционирует регулирующая аппаратура, которая стабилизирует параметры электрической энергии. Так, совместно с генераторами постоянного тока работают регуляторы напряжения, а с генераторами переменного тока – еще и регуляторы частоты (также входят в состав электромашинных преобразователей).

Рассмотрим принцип построения систем регулирования напряжения генераторов. Напряжение на выходе генератора постоянного тока обуславливается следующим: Е – ЭДС генератора, Iя – ток якоря (нагрузки), Rвн – внутреннее сопротивление генератора, k – коэффициент, определяемый внутренними параметрами генератора, w – частота вращения генератора. Фм – магнитный поток возбуждения. Аналогичная зависимость присуща и выражению для напряжения авиационных генераторов переменного тока. Ток якоря (нагрузки) генератора и его частота вращения (если нет ППЧВ) при работе на ЛА изменяются в широких пределах: IЯ может изменяться от 0 до 1,5 Iном; w – в 2,5 раза. Поэтому напряжение генератора (если нет регулятора напряжения) также может изменяться в широких пределах: порядка в 4 раза.

Понятно, что большинство потребителей не может функционировать при таких изменениях напряжения. По ГОСТу должно быть UГ = Uном + 2%. Из приведенного уравнения следует, что для регулирования напряжения необходимо воздействовать на магнитный поток возбуждения. Обычно это воздействие осуществляется посредством изменения тока в обмотке возбуждения генератора. Собственно регулятор напряжения состоит из чувствительного элемента, усилительного звена и исполнительного устройства. Объект регулирования – генератор и регулятор – охвачены жесткой обратной связью. Работа системы регулирования заключается в следующем. Текущее значение напряжения генератора UГ постоянно подается в ЧЭ, где сравнивается с эталонным значением Uэтал.

Если разностный сигнал U = UГ – Uэтал отличен от нуля, то он усиливается и подается на ИУ, которое воздействует на генератор (на ток обмотки возбуждения генератора) таким образом, чтобы обнулить разностный сигнал U.

Элементной базой современных регуляторов напряжения являются полупроводниковые приборы: транзисторы, тиристоры и другие электродетали, системы пожарной сигнализации, пожаротушения, средства обнаружения предупреждения пожара. На самолетах установлена система ИС-5МГ, сигнализирующая о пожаре в двигательном отсеке летательного аппарата.

При возникновении пожара система ИС-5МГ срабатывает и подает визуальный (световой) и звуковой сигналы летчику о пожаре в отсеках: КСА, правого или левого силового агрегата. Одновременно сигнал о пожаре поступает в систему «ЭКРАН», «ТЕСТЕР». На приборной доске загораются лампы. Система срабатывает за 1 с. За это время огнегасящая смесь поступает в соответствующий отсек, в котором возник пожар (по сигналу от датчика). При исчезновении пламени система возвращается в первоначальное состояние за время не более 1 с. Чувствительным элементом системы является датчик ионизационного типа действия.

На вертолете МИ-24В установлена система сигнализации о пожаре ССП-ФК. Летчику выдается сигнал о возникновении пожара в следующих отсеках: отсек левого двигателя; отсек правого двигателя; отсек АИ-9, бак 3; отсек главного редуктора. Датчиком системы служит термобатарея ДТБГ, состоящая из термопар. При охвате датчика средой, температура которой не выше 150 °С и скорость непрерывного нарастания t которой более 2 °С в секунду, в термопарах возникает ЭДС, достаточная для срабатывания системы ССП.

Система пожаротушения имеет два четырехлитровых огнетушителя УБШ с огнегасящим наполнением (фреон 114 В). Они разбиты на две очереди срабатывания. В случае неликвидации очага пожара баллоном 1-й очереди летчик вручную переключателем использует огнегасящий состав баллона 2-й очереди. Контроль за ликвидацией пожара производится визуально, когда погаснут лампы сигнализации о пожаре.

Авиационный ракетный двигатель

Авиационный ракетный двигатель – двигатель прямой реакции, преобразующий какой-либо вид первичной энергии в кинетическую энергию рабочего тела и создающий реактивную тягу. Сила тяги приложена непосредственно к корпусу ракетного двигателя и без каких-либо промежуточных устройств обеспечивает перемещение двигателя и связанного с ним аппарата в сторону, противоположную направлению истечения реактивной струи. Так, в ракетном двигателе сочетаются собственно двигатель и движитель.

Основной частью любого ракетного двигателя служит камера сгорания, в которой генерируется рабочее тело, газообразное или жидкое вещество, благодаря которому происходит преобразование количественной первичной энергии (химической, электрической, ядерной) в механическую работу ракетного двигателя. Рабочим телом могут быть раскаленные газы (продукты сгорания химического топлива), вода, газы (водород, гелий, азот и т. п.), пары щелочных металлов и др. Конечная часть камеры сгорания предназначена для ускорения рабочего тела и получения реактивной струи, называемой реактивным соплом.

В зависимости от использования окружающей среды при работе ракетного двигателя они подразделяются на воздушно-реактивные двигатели (ВРД), ракетные двигатели (РД), комбинированные ракетные двигатели и гидрореактивные двигатели. Основными классами ракетных двигателей являются ВРД и РД. В ВРД рабочее тело образуется при реакции окисления горючего вещества, которое берется на борт аппарата, кислородом воздуха.

Атмосферный воздух составляет основную массу рабочего тела ВРД, что делает его значительно более экономичным по сравнению с ракетным двигателем и обеспечивает работу в течение продолжительного времени. Это качество ВРД особенно важно при использовании его в авиации. Все компоненты рабочего тела ракетного двигателя находятся на борту оснащенного им аппарата. Такая особенность ракетного двигателя, а также отсутствие у него движителя, взаимодействующего с окружающей средой, делает его единственно пригодным средством для полетов в космосе. Комбинированные ракетные двигатели представляют собой как бы сочетание ВРД и РД, а у гидрореактивных двигателей рабочим телом служит вода.

Основные характеристики ракетного двигателя: реактивная тяга; удельный импульс (отношение тяги двигательной установки к массе топлива или рабочего тела, расходуемого в 1 с); удельная масса двигателя (масса двигателя в рабочем состоянии, приходящаяся на единицу развиваемой им тяги); удельный расход топлива (отношение массы топлива, расходуемого в 1 с, к развиваемой двигателем тяге). Тяга существующих ракетных двигателей колеблется в очень широких пределах (от нескольких мН до 10—15 мН). Ракетные двигатели малой тяги применяются главным образом в системах стабилизации и управления летательными аппаратами, а в космосе – и для разгона. Ракетный двигатель с максимальной тягой необходим для запуска ракет на большие дальность и высоту, особенно для вывода космических аппаратов на орбиту. Ракетные двигатели имеют различное назначение, область их применения постоянно расширяется. Наиболее широко они используются в конструкциях ракет и реактивных снарядов, самолетов и вертолетов, космических аппаратов и т. д.

Первым ракетным двигателем был твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ) на дымном порохе, появившийся еще в Х в. Ракеты с такими двигателями (боевые, сигнальные, фейерверочные) применялись на протяжении сотен лет.

В 1903 г. К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые обосновал положения теории жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). В 1923 г. американский ученый Р. Годдард испытал первые ЖРД. В 1929—1933 гг. под руководством Б. С. Петропавловского, Г. Э. Лангемака и В. А. Артемьева были разработаны и испытаны РДТТ на бездымном порохе для реактивных снарядов, а в 1930—1931 гг. под руководством В. П. Глушко и Ф. А. Цандера – первые советские ЖРД.

В 1939 г. в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными ВРД конструкции И. А. Меркулова и началась постройка турбореактивного двигателя конструкции А. М. Люльки. В 1941 г. впервые был установлен на самолет и испытан турбореактивный двигательный агрегат конструкции Ф. Уиттла (Великобритания). Большой вклад в развитие ракетного двигателя внесли также русские ученые А. Д. Засядко, B. М. Внуков, К. А. Шильдер, Н. И. Кибальчич, К. И. Константинов, советские ученые и конструкторы Н. Е. Жуковский, И. В. Мещерский, Б. С. Стечкин, C. П. Королев, М. К. Тихонравов, Л. С. Душкин, М. К. Янгель, А. М. Исаев, Н. Д. Кузнецов, французский ученый Р. Эно-Пельтри, немецкий ученый Г. Оберт и др.

Авиетка

Авиетка (от фр. avietta) – одноместный самолет (мощность силовой установки до 25 кВт), преимущественно любительского изготовления или созданного общественным КБ. В СССР производство авиеток получило развитие в 1920-е гг. благодаря массовому увлечению молодежи. В 1924—1925 гг. ОДВФ провело конкурс проектов двигателей и маломощных самолетов. В 1934 г. прошел конкурс «Авиавнито», в 1935 г. – 1-й Всесоюзный конкурс легких самолетов. В последующие годы к авиеткам стали относиться одно– и двухместные самолеты и самолеты с силовой установкой мощностью до 75 кВт.

Первая в России авиетка построена в 1913 г. «Касьяненко № 4» с двигателем «Анзани» мощностью 11 кВт. К первым советским авиеткам относят ВОП-1 (В. О. Писаренко), АНТ-1 (А. Н. Туполев), изготовленные в 1923 г. Авиетка «Летающее крыло» изготовлена конструктором Б. И. Черановским (Парабола БИЧ-3 в 1926 г., БИЧ-20 в 1937 г.). Авиетка НВ-5 получила первую премию конкурса «Авиавнито» в 1937 г., изготавливалась в разных вариантах. В конструировании НВ-5 принимали участие В. В. Никитин, В. К. Грибовский, В. П. Невдачин, А. Н. Рафаэлянц, А. С. Яковлев и др. Авиетка «Буревестник», сконструированная в ОДВФ, установила рекордный перелет Москва – Одесса и рекорд высоты (5500 м) в 1927 г. НВ-5 экспонировалась на международном авиасалоне в Берлине в 1928 г. АИР-1, сконструированная ВВИА, во время перелета Москва – Симферополь в 1927 г. установила 2 мировых рекорда (дальность полета – 1420 км и продолжительность – 15 ч 30 мин).

Автожир

Автожир (от фр. autogyre, греч. autos – «сам» и gyros – «круг вращения») – летательный аппарат, подъемная сила которого создается несущим винтом – ротором, вращающимся свободно (без привода от двигателя) под действием набегающего потока воздуха. Поступательное движение получается от обычного тянущего или толкающего винта, приводимого в движение силовой установкой. Автожир представляет собой промежуточный тип между самолетом и вертолетом. Изобретен Х. Сиервой в 1919 г. Достоинствами автожира являются сравнительно небольшая минимальная (иволютивная) скорость, меньшие (по сравнению с самолетами) взлетно-посадочные дистанции. Первым автожиром, поднявшимся в воздух, стал С-4 в 1923 г. (конструктор Х. Сиерва), в 1928 г. сконструирован аппарат, на котором успешно совершен перелет Лондон – Париж. В СССР конструирование автожиров началось в 1929 г. Н. И. Камовым и Н. К. Скржинским «КАСК-1». ЦАГИ создало около 15 модификаций и типов автожиров с 1929 по 1940 г. по проектам Н. И. Камова, Н. К. Скржинского, В. А. Кузнецова и А. М. Черемухина.

В 1940 г. Н. И. Камовым и М. Л. Милем сконструирован двухместный автожир АК, взлетающий без разбега. Сконструированы три принципиальные схемы автожиров:

  1) крылатый автожир с неуправляемым винтом и управлением по принципу самолета. Управление в первую очередь зависит от поступательной скорости автожира (С-8, С-19, КАСКР-1, ЦАГИ, А-1, А-7);

  2) бескрылый автожир с несущим винтом, управляемым при помощи автомата перекоса, с горизонтальным и вертикальным оперением корпуса. Управление автожиром происходит посредством наклона оси несущего винта, связанной при помощи рычажной передачи с ручкой управления аппарата (ЦАГИ А-12, А-14, С-30, Келлет К-1В);

  3) автожир с прыжковым взлетом без предварительного разбега. Взлет автожира осуществляется по принципу использования кинетической энергии перед взлетом.

Для уменьшения потребляемой мощности лопасти устанавливаются под углом, подъемная сила при котором равна нулевому значению перед раскруткой ротора, при максимальных оборотах угол установки лопастей под действием автомата перекоса автоматически изменяется на полетный, автожир, получив избыточную подъемную тягу, «подпрыгивает» вверх. При помощи воздушного винта автожир получает поступательное движение и переходит на набор высоты, обычный для автожиров (С-30Р). За рубежом конструируются легкие и сверхлегкие одноместные и двухместные автожиры (А-002 – летательный аппарат внеаэродромного базирования, 205 – легкий многоцелевой автожир, Авиатика-МАИ-890А).

Конструкторские, экспериментальные работы, исследования, испытания и доводки лопастей и несущей системы автожиров нашли свое применение при конструировании вертолетов.

Автомат перекоса

Автомат перекоса – устройство управления общим (изменяющим силу тяги) изменением угла атаки несущего винта (НВ) и циклическим (изменяющим направление тяги) шагом несущего винта.

Управление вертолетом и автожиром в пространстве производится изменением направления тяги НВ, а также изменением силы тяги рулевого винта.

Автомат перекоса изобретен в 1911 г. Б. Н. Юрьевым совместно с Г. Х. Сабининым. Основное назначение автомата перекоса – передача движения с неподвижных элементов системы управления на вращающиеся лопасти НВ. В общих чертах автомат перекоса устроен следующим образом. Вал НВ проходит внутри направляющей ползуна общего шага. По ней перемещается ползун с шарнирно присоединенным к нему внутренним невращающимся кольцом, а также качалками продольного и поперечного управления. Внутреннее кольцо связано подшипником с наружным вращающимся кольцом, которое может отклоняться в двух плоскостях. Наружное кольцо (тарелка) автомата перекоса приводится во вращение поводком, соединенным с валом НВ. Концевые шарниры вращающейся тарелки связаны тягами с рычагами поворота лопастей.

Автомат перекоса управляется гидроусилителями, воздействующими на тяги поперечного и продольного управления, а также на рычаг управления общим шагом. При отклонении рычага общего шага ползун автомата перекоса движется вверх или вниз по направляющей, при этом все вертикальные тяги перемещаются на одинаковые расстояния и поворачивают с помощью рычагов все лопасти на угол. Управление общим шагом лопастей НВ сопровождается синхронным изменением мощности двигателей. При отклонении тяги продольного управления внутреннее невращающееся кольцо автомата перекоса поворачивается на угол, это вызывает поворот наружного вращающегося кольца в том же направлении на тот же угол наклона. Благодаря этому при вращении НВ вертикальные тяги двигаются вверх и вниз на различные расстояния и поворачивают при помощи рычагов лопасти в каждом азимутальном положении угол. В динамике циклический шаг выглядит так. В некотором азимутальном положении угол установки лопасти несущего винта минимальный, затем, по мере ее вращения, этот угол возрастает, достигая через пол-оборота НВ максимального значения. В течение следующей половины оборота НВ угол уменьшается до исходного минимального значения. В результате значение силы тяги становится неодинаковым в противоположных сторонах плоскости вращения НВ, благодаря этому изменяется положение в пространстве плоскости вращения НВ. Это заставляет летательный аппарат двигаться в горизонтальной плоскости. Похожим образом изменяется угол атаки лопастей при отклонении тяги поперечного управления на угол. Так происходит управление периодичностью НВ (период изменения угла атаки лопасти соответствует обороту НВ).

Наряду с классической системой существует и оригинальная модификация системы управления несущим винтом – автомат перекоса Хиллера. Он состоит из двух дополнительных укороченных лопастей, расположенных под углом 90° к основным в плоскости вращения несущего винта. Лопасти несущего винта жестко закреплены на втулке, подвешенной на валу, на кардановом подвесе. Управляющие укороченные лопасти жестко скреплены со стержнем, также проходящим через втулку винта. Стержень может поворачиваться при помощи поводка, связанного тягой с тарелкой автомата перекоса. Пилот меняет наклон тарелки, затем меняются углы атаки управляющих лопастей. Одна из лопастей поднимается, вторая лопасть опускается. Это приводит к изменению угла атаки лопастей несущего винта. В результате плоскость вращения лопастей меняет наклон, что вызывает поворот вектора тяги несущего винта.

Таким образом, посредством управляющего рычага пилот воздействует на вспомогательные лопасти, которые в свою очередь управляют основными лопастями вертолета, наклоняя втулку несущего винта. В итоге конус несущего винта наклоняется в требуемом направлении полета. Так как ручка управления пилота изолирована от несущего винта, то все силы обратной связи минимальны.

Использование этой системы в некоторой степени упростило управление вертолетом и позволило получить ряд преимуществ, таких как простота конструкции, удобство в эксплуатации, экономия в весе.

В серии вертолетов БЕЛЛ применен автомат перекоса. В механизме тяги автомата перекоса воздействуют на рычаги управления винта, поворачивающие на определенный угол поворота всю конструкцию двухвинтового НВ, прикрепленного к валу карданным подвесом.

При изменении заданного угла установки тарелки автомата перекоса наклоняется плоскость вращения НВ, при этом формируется движущая сила.

Астрономические навигационные устройства и системы

Определение курса самолета является одной из важнейших задач каждого полета. Для этого существуют различные курсовые приборы, называемые компасами. Компасы бывают магнитные, гироскопические, астрономические и др. Наиболее распространенными являются магнитные компасы, стрелки которых определяют направление на магнитный полюс Земли, а следовательно, дают магнитный курс самолета. Для нанесения линии курса на полетную карту магнитный курс переводится в истинный, для чего вводится поправка на магнитное склонение. Точность показания магнитных компасов, не считая инструментальных ошибок прибора, зависит от состояния магнитного поля Земли и электромагнитного поля самолета. Влияние железных частей самолета, намагничиваемых магнитным полем Земли, и самолета на магнитную стрелку выражается в так называемой девиации компаса, которая определяется на каждом самолете и в полете учитывается по графикам девиации.

Астрономический компас и его использование

В отличие от других компасов астрономический компас дает возможность определять непосредственно истинный курс самолета, который без всяких поправок наносится на карту. Идея создания солнечного компаса принадлежит русскому авиатору С. Любицкому, по замыслу которого в дальнейшем этот прибор был сконструирован.

Принцип работы современного астрономического компаса, весьма простого по конструкции и не связанного ни с каким агрегатом самолета, основан на определении направления на какое-либо небесное светило: Солнце, Луну, планету или звезду. Взять направление на светило и определить его курсовой угол, т, е. угол, заключенный между осью самолета и направлением на светило, вообще говоря, можно любым визиром. Для Солнца это можно сделать, используя тень от какого-нибудь вертикального штыря. В основу метода измерения истинного курса самолета по астрокомпасу положено равенство истинного курса (ИК) разности между азимутом светила (А) и его курсовым углом (КУ). Зная закономерность суточного вращения светил, мы для любого момента времени можем заранее рассчитать азимут светила, а в полете, измерив курсовой угол светила и вычтя его из величины азимута, мы получим истинный курс самолета.

Суточное вращение небесных светил не параллельно истинному горизонту, а это значит, что непосредственный отсчет направления на светило на горизонтальном круге можно производить только при специальном расчете азимута светила для каждого момента. Чтобы избежать этих расчетов, используют равномерность суточного вращения светил, для чего в астрокомпасе, помимо устанавливаемого горизонтально курсового лимба, имеется еще круг часовых углов, устанавливаемый по широте места параллельно плоскости небесного меридиана. В нижней части прибора находится его основание, при помощи которого осуществляется закрепление астрокомпаса на самолете.

Визирная система для звезд не связана с часовым механизмом, поэтому при пользовании ею, помимо установки долгот и широт места, необходимо еще для каждого случая определения курса устанавливать на шкале часовых углов соответствующий гринвичский часовой угол светила.

Астрономический компас устанавливается на самолете так, чтобы на него попадали лучи наблюдаемых светил. Для этого его ставят или под специальным небольшим астрокуполом, или, если астрокупола на самолете нет, – перед остеклением кабины.

При укреплении астрокомпаса добиваются строгой параллельности между осью самолета и линией, проходящей через риски прибора с надписью «Курс» и «Курс +180°», при этом риска с надписью «Курс» должна быть направлена в сторону хвостовой части самолета. Работа астрономического компаса в полете должна выполняться при условии, что курсовой лимб (где отсчитывается курс самолета) устанавливается в плоскости истинного горизонта, а кругу часовых углов (где отсчитывается часовой угол светила) придается наклон по широте места, вследствие чего он становится параллельным плоскости небесного меридиана. На подготовленном для наблюдения астрокомпасе его курсовой лимб так же связан с кругом часовых углов, как и горизонтальная система небесных координат связана с экваториальной для данного светила и данного места, а направление на светило устанавливается непосредственно по часовому углу этого светила.

В полете, отрегулировав горизонтальное положение по уровням и установив все расчетные данные на шкалах астрокомпаса, вращая прибор до направления одной из визирных рамок на светило, мы против курсовой черты получим непосредственно истинный курс самолета без всяких поправок.

Таким образом, в методе измерения курса самолета ошибка практически исключается, в результате чего астрокомпас дает возможность просто и весьма точно определить и выдержать курс самолета. Современный астрокомпас дает возможность измерить истинный курс самолета с точностью 1—2°, т. е. не ниже точности любого другого компаса и вполне достаточной для самолетовождения.

Определение девиации магнитного компаса и радиодевиации по астрокомпасу

Определить девиацию магнитного компаса по астрокомпасу можно как на земле, так и в полете. Она выводится как разность между истинным курсом, определенным по астрокомпасу, и курсом, определенным по магнитному компасу, исправленному на магнитное склонение. АК = ИК – (КК + ДМ), где АК – девиация магнитного компаса; АМ – магнитное склонение; КК – компасный курс.

При определении девиации на земле самолет последовательно устанавливается на различные курсы, на которых снимаются показания астрокомпаса и магнитного компаса, и по вышеприведенной формуле рассчитывается девиация для этих курсов. При определении девиации в воздухе по астрокомпасу самолет последовательно выполняет полет на необходимом количестве равноотстоящих курсов.

Схема курсов обычно строится по замкнутой ломаной линии. Причем, если скорость самолета небольшая (до 300 км/ч), берут один замкнутый маршрут, если скорость больше 300 км/ч, чтобы не отходить далеко от намеченного ориентира, берут две замкнутые ломаные линии маршрута. На каждом курсе самолет следует 2—2,5 мин, в течение которых экипаж самолета производит 4—5 отсчетов показаний магнитного компаса, определяет из них средний компасный курс и записывает его. Записывается также и истинный курс, снятый с астрокомпаса. Потом для каждого курса рассчитывается девиация магнитного компаса и строится график девиации, поправки с которого учитываются в полете при определении курса самолета по магнитному компасу.

Астрокомпас может быть также применим и для определения радиодевиации как на земле, так и в воздухе. Радиодевиация показывает разность между фактическим курсовым углом радиостанции (КУР) и отсчетом по радиокомпасу или радиополукомпасу (ОРК) и выражается формулой Др = КУР – ОРК.

При определении радиодевиации на земле надо вначале снять с карты истинный пеленг радиостанции (ИРП) – угол, заключенный между северным направлением истинного меридиана и направлением на радиостанцию, потом настроить радиокомпас (радиополукомпас) на эту радиостанцию и установить самолет, начиная с 0°, последовательно на 24 ОРК, отличающихся один от другого на 15°. На каждом из направлений самолета отсчитывают истинный курс самолета по астрокомпасу и соответствующее значение.

Для определения радиодевиации в воздухе надо еще до полета выбрать характерный ориентир, вблизи которого будет происходить определение радиодевиации, определить ИПР относительно места определения радиодевиации, рассчитать ИК самолета для 24 курсовых углов радиостанции и составить схему курсов. В полете выводят самолет на намеченный ориентир, уточняют настройку радиокомпаса (радиополукомпаса), устанавливают самолет на первый ИК согласно схеме курсов и отсчитывают ОРК. На каждом последующем курсе также ведут отсчет ОРК. После полета по ИК и ИПР рассчитывают КУР для моментов снятия ОРК, определяют радиодевиацию как разность между КУР и ОРК и составляют график радиодевиации. Поправки и графики радиодевиации используются в полете при расчетах радиопеленгов.

Радионавигационные средства обеспечивают успех выполнения полетного задания только тогда, когда тщательно велась предварительная и конкретная предполетная подготовка к каждому полету. К предварительной предполетной подготовке относятся:

  1) изучение сети радиомаяков в районе полетов;

  2) выбор и изучение опорных радиовещательных станций;

  3) изучение сети земных радиопеленгаторных станций;

  4) содержание в полной исправности агрегатов и выверка ее в установленные сроки;

  5) систематическая тренировка в способах радионавигации как на земле, так и в воздухе.

Изучение радиомаячной сети состоит в следующем:

  1) установка позывных радиомаяка, промежутка времени подачи и условного сигнала для открытия работы по вызову;

  2) установка координат, длин волн и комбинаций букв при передаче пеленгом;

  3) установка практического радиуса действия каждого радиомаяка;

  4) установка характера передачи (тональные или незатухающие);

  5) облет места расположения радиомаяков для изучения характерных отличительных ориентиров вокруг них, с предварительным изучением их по карте на земле;

  6) определение деления шкалы для приема каждого радиомаяка непосредственно по приемнику, установленному на самолете;

  7) систематическое отыскание радиомаяком, прослушивание их работы и позывных.

Для радиопеленгации используются только стационарные радиостанции, работающие постоянно, значительную часть суток. В отношении пеленгуемых радиостанций должны быть с полной достоверностью выяснены и проверены: координаты с точностью до 0°, длина волны, срок и примерное содержание передач, мощность и дальность действия при приеме в воздухе. Для быстрого отыскания выбранных радиовещательных станций должны быть определены деления шкалы приемника радиопеленгатора, на которых они принимаются. По выбранным радиостанциям постоянно производится тренировка в снятии пеленгов. Намеченные для пеленгования радиостанции должны быть проверены пеленгованием в воздухе в своем расположении, а если дальность их недостаточна, то и вылетом на часть маршрута для проверочного пеленгования. Вся сеть радиомаяков, земных радиопеленгаторных и радиовещательных станций наносится на карту навигационной обстановки с их краткой характеристикой.

Подготовка карты и изучение пути полетного задания заключаются в выборе и склейке карты, прокладке маршрута, подъеме карты и изучении маршрута. В сухопутной авиации для целей радионавигации при полетах на расстояния до 700—800 км наиболее удобной в навигационном отношении является карта масштаба 40 верст в дюйме. Проверяют наличие полных сведений о координатах этих радиостанций, о длине волн и мощности, характере и времени работы.

В результате составляется навигационный план полета. Навигационный план составляется на основе прокладки пути, предварительных расчетов полета и времени, выбранных методов и средств радионавигации, полученных указаний о порядке навигации, подготовленности материальной части и последних данных о погоде.

Порядок составления навигационного предполетного плана заключается в подробном перечислении всех выбранных и продуманных действий по всем этапам полета. Штурманы частей разрабатывают навигационные планы полета на основании «Руководства по самолетовождению». Все работы по наблюдению и содержанию в готовности радиооборудования летательного аппарата должны производиться в установленные сроки (работа по определению радиодевиации, проверка основных приборов).

Проведение этих работ непосредственно перед полетом не должно иметь места, особенно если в задании указан срок заданного вылета, исключающий возможность успеть их выполнить. Дается перечень обязательных правил действия и указаний по осмотру оборудования. К этим работам должно быть самое внимательное отношение, чтобы избежать непредвиденных случаев в полете, затрудняющих или исключающих возможность выполнения задания. Проводятся осмотр и подготовка радиопеленгатора. Необходимо проверить наличие бортового графика радиодевиации; сверить перечень всех переменных, вызывающих радиодевиацию частей летательного аппарата согласно протоколу определения радиодевиации; проверить наружную часть и ввод выпускной антенны; проверить вращение рукояток настройки; запустить умформер и проверить работу радиопеленгатора, работу самого умформера, действие зрительного индикатора, соответствие работы звуковой части радиопеленгатора с данными зрительного индикатора. Требуются осмотр и подготовка радиомаячного приемника: надо произвести наружный осмотр самого приемника (целость рукояток, их вращение, целость электрических измерительных приборов и т. д.); запустить умформер и проверить работу как самого умформера, так и приемника, настроив его на одну из ближайших работающих широковещательных станций.

Навигация по компасу при полете в облаках и за облаками является основным способом навигации самолета. Радионавигационные средства, позволяя контролировать путь как по дальности, так и по направлению, дают возможность лишь увеличивать этапы данного полета. Дальность полета в облаках и за облаками без контрольных выходов под облачностью может доводиться при целевых полетах до практического радиуса действия радиостанции. Дальность полета в облаках от радиостанции может быть не более 75% практического радиуса действия радиостанции, причем полет происходит таким образом, чтобы, когда летательный аппарат выйдет под облачность, оказаться на определенном линейном ориентире и к тому же в стороне от конечного пункта маршрута. В этом случае полет как бы заканчивается восстановлением детальной ориентировки на земле. Наиболее удобными и наилучшими средствами при полете за облаками будут являться радиовещательные станции и радиомаяки, работающие пеленгом. Определение своего места при выполнении полетного задания в облаках или за облаками можно производить по боковым радиостанциям. В этом случае может применяться и земной радиопеленгатор, а еще лучше – сеть таких радиопеленгаторов. Во время полета в отсутствие видимости земли из-за облачности восстановление ориентировки по радиомаякам и радиовещательным станциям при достаточно расширенной сети их должно иметь решающее значение.

На высоте 20—30 м от нижнего края облаков экипаж проходит контрольный этап и производит навигационные измерения для расчета курса следования и путевой скорости. Возвращение на свой посадочный аэродром может осуществляться по компасу за облаками до линии заданного пеленга полета на радиостанцию, далее – целевым полетом до КПМ. Задачи авиационного радиопеленгатора в ночном полете сводятся преимущественно к обнаружению аэродрома и посадке после выхода в свое расположение.

Удовлетворительные результаты пеленгования в ночное время суток дает земной радиопеленгатор, обладающий направленностью замкнутой антенны, но свободный от влияния горизонтальных частей (система разнесенных антенн Эдкока). Поэтому самым надежным средством радионавигации является земной радиопеленгатор. Земной радиопеленгатор в ночном полете может быть использован для контроля пути полета как по направлению, так и по дальности. При наличии сети земных радиопеленгаторов положение летательного аппарата может быть определено периодическим получением его координат.

Таким образом, главным способом навигации ночью является компасная навигация. Увеличение рабочих потолков самолетов до 8—10 км и более значительно сокращает число полетов в условиях видимости земли. При выполнении полетов на больших высотах визуальная ориентировка затруднена даже и при отсутствии облачности, так как некоторые детали земной поверхности, являющиеся хорошими ориентирами при полетах на средних высотах, становятся плохо различимыми или просто невидимыми с большой высоты.

Надежными ориентирами могут служить только наиболее крупные реки, озера, крупные населенные пункты и другие значительные объекты. Методика навигации вне видимости земли на умеренных высотах основывается на знании ветра и на кратковременных выходах из облаков для контроля пути и уточнения навигационных данных. При больших высотах эта возможность отпадает, так как определение ветра связано с необходимостью видеть земную поверхность, а необходимые выходы под облака требуют значительной потери времени. Поэтому при выполнении полетов на больших высотах радионавигация очень часто будет являться главным способом самолетовождения. Все известные методы радионавигации, применяемые в полетах на средних высотах (собственная и чужая радиопеленгации, полет по радиомаякам), вполне приемлемы и при полетах на больших высотах.

Наиболее надежным применением способа радионавигации на больших высотах является полет на радиостанцию и радиомаяк. При полете от радиостанции маршрут намечается с расчетом выхода на линейный ориентир с расчетным уклонением от конечного пункта маршрута. Следование пути происходит по боковым радиостанциям, радиомаякам и земным радиопеленгаторам. При наличии сети земных радиопеленгаторов на карте иногда наносятся расчетные места летательного аппарата по его координатам, полученным от центрального поста управления. Восстановление ориентировки при полете на больших высотах может быть осуществлено выходом на радиостанцию или полетом на крупный линейный ориентир.

Перед полетом на большую высоту следует обратить внимание на подготовку материально-технической части для работы в условиях низкой температуры. При подготовке радиоаппаратуры к высотному полету необходимо: при наличии горизонтальных антенн, тросов и лент проверить натяжку их, не допуская перенатяжения; все шарнирные соединения агрегатов тщательно промыть для удаления влаги обезвоженным керосином и затем смазать низкотемпературными маслами; через каждые 25—30 ч работы менять войлочные прокладки у динамо-машин и умформеров.

Ввиду того что застывание деталей радиоаппаратуры при низких температурах возможно даже и при удалении смазки, рекомендуется все установки на радиоаппаратуре производить на земле перед полетом или в полете при наборе высоты (установку рамки пеленгатора, рукоятки настройки и др.). В воздухе необходимо периодически вращать подвижные части радиоаппаратуры и проверять работу умформера, для чего время от времени запускать его.

Аэродромные подвижные двигатели генераторной установки

Аэродромные подвижные двигатели генераторной установки (машинные преобразователи) АЭМГ предназначены для преобразования одного вида электроэнергии в другой. В большинстве случаев они преобразуют электроэнергию промышленной частоты 50 Гц в электроэнергию необходимой повышенной частоты 400 Гц или переменный ток – в постоянный. Основным элементом АЭМГ является электромашинный преобразователь типа ВПЛ-50М или асинхронный двигатель типа АП-82-4, связанный механически с генератором постоянного тока Пр-600 × 2 м и преобразователями ПО-6000 и ПТ-1000Ц. АПА-50М позволяет производить следующие операции:

  1) одиночный электростартерный запуск АД в режимах «Запуск 24 В», «Запуск 24/48 В» с переключением источников тока с 24 на 48 В только на ЛА;

  2) одиночный электростартерный запуск АД в режимах «Запуск 70 В» с постепенным повышением U от 0 до 70 В;

  3) питание бортового электрического оборудования ЛА постоянным током = 28,5 В, 1-ф I напряжением 208 и 115 В частотой 400 Гц, 3-ф I напряжением 208 и 36 В частотой 400 Гц.

Электроагрегат смонтирован в специальном кузове на базе автомобиля ЗИЛ-131 и состоит из силовой установки, электросистем постоянного и переменного тока, пневмосистемы запуска дизельного двигателя У2Д6-ОЧ, форсуночного подогревателя У2Д6-С4 типа ПЖД-600, двух аккумуляторных батарей 12-АСА-145 и двух выдвижных телескопических стрел с кабелями питания ЛА. Силовая установка размещена в задней части кузова, там же установлены системы управления дизеля, фрикционная муфта сцепления, управляемая электромеханизмом МП-100М, и раздаточная коробка. На раздаточной коробке закреплены 2 генератора – I ГАО-36 генератор 1-ф I СГО-ЗОУ, генератор 3-ф I ГТ60ПЧ8АТВ и вентилятор. Обе аккумуляторные батареи установлены в передней части кузова, справа. Электрооборудование системы размещено с левой стороны кузова, системы переменного однофазного и трехфазного тока – с правой стороны, здесь установлен пульт управления подогревателем ПЖД-600. Внутри кузова, вдоль правого и левого борта размещены две телескопические выдвижные штанги для развертывания кабелей к ЛА (выдвижение и уборка штанги производятся дистанционно, с помощью электромеханизмов). В кабине водителя находится пульт управления электроагрегатом. Запуск дизеля возможен в двух вариантах:

  1) воздушный (от 3 встроенных воздушных баллонов);

  2) электростартерный (с помощью электростартера, входящего в систему запуска и аккумуляторных батарей 12-АСА-145).

Для повышения надежности запуска предусмотрена блокировка по давлению в маслосистеме двигателя (дизеля): до тех пор, пока электродвигатель маслонасоса не создаст давление в маслосистеме 3,5 кг/см2, включение пневмо– и электростартера невозможно. Система-I состоит из двух групп, в каждую из которых входят генератор ГАО-36, дифференциально-минимальное реле ДМР-800А, угольный регулятор напряжения РН-120У, автомат защиты сети от перенапряжения АЗП-8М-4С, выносное сопротивление ВС-25Б для ручной выставки уровня регулируемого напряжения и аккумуляторная батарея 12-АСА-145. Обе группы могут работать раздельно, параллельно или последовательно.

Система однофазного переменного тока состоит из синхронного генератора СГО-ЗОУ, угольного регулятора напряжения РН-600-2С, коробок КРН-О-2С (коробка регулирования напряжения), КПА-1А-2С (коробка включения и переключения), ПМК-14 (коробка программного механизма), автомата защиты сети от перенапряжения АЗПП-1СД, выносного сопротивления ВС-30Б для ручной выставки регулируемого напряжения и трансформатора Т-15. Уровень напряжения системы: В-208 ± 2% и 115 ± 2%; частота, Гц – 400 ± 4%; мощность по линии 208 В – 30 кВА, по линии 115 В – 15 кВА. Система трехфазного переменного тока состоит из синхронного генератора Т60П48АТВ, блока регулирования напряжения БРН-62Б, блока защиты и управления БЗУ-1, блока трансформаторов тока БТТ-1 и трансформатора ТС315СС46. Ручная выставка уровня регулируемого напряжения осуществляется на блоке БРН-62Б. Уровень напряжения системы: В-208 ± 2% и 36 ± ± 2%; мощность по линии 208 В – 60 кВА, по линии 36 В – 1,5 кВА. Для обеспечения связи на марше в составе колонны и с диспетчерским пунктом на аэродроме при обслуживании ЛА АПА-50М снабжен радиостанцией Р-848 (частоты 142—154 МГц и 172—174 МГц с дальностью связи 6—10 км). Аэродромный подвижный электроагрегат АПА-5М. С помощью АПА-5М может производить следующие операции:

  1) одиночный и групповой электростартерный запуск АД в режимах «Запуск 24 В», «Запуск 24/48 В» с переключением источников тока с 24 на 48 В как на АПА, так и на ЛА;

  2) одиночный электростартерный запуск АД в режиме «Запуск 70 В» с плавным повышением U от 0 до 70 В;

  3) одиночное и групповое питание электрического оборудования ЛА-1 напряжением 28,5 В, 1-ф I напряжением 120 В, частотой 400 Гц, 3-ф I напряжением 208 и 37 В, частотой 400 Гц;

  4) буксирование ЛА.

Электроагрегат смонтирован в специальном кузове на шасси автомобиля УРАЛ-375 и состоит из устройства привода генераторов, электросистем постоянного и переменного тока, аппаратуры регулирования, управления и защиты. Привод генераторов осуществляется от двигателя автомобиля через коробку передач КП, раздаточную коробку РК автомобиля, коробку дополнительного отбора мощности КОМ и специальный редуктор. На специальном редукторе закреплены: двухколлекторный генератор ПР-600 × 2, два тахогенератора Г-306 В (из систем регулирования подачи топлива в двигатель), генератор 1-ф I СГО-12 и генератор 3-ф I типа ГТ60П46АТВ. Для автоматического регулирования подачи горючей смеси в двигатель в зависимости от величины изменения напряжения и тока генераторов на двигателе автомобиля установлены два спаренных электромагнитных регулятора РК-2Г. Регуляторы, изменяя положение дроссельной заслонки в дополнительном патрубке карбюратора, изменяют подачу горючей смеси в цилиндры двигателя. По левому и правому борту кузова АПА имеются поворотные штанги для подачи кабелей электропитания к ЛА. Система постоянного тока состоит из генератора ПР-600 × 2, угольного регулятора РУГ-82, трансформатора стабилизации ТС-9МТ, дифференциальноминимального реле ДМР-600АМ и двух аккумуляторных батарей 12-АСА-145 U системы 28,5 ± 0,9 В. Мощность системы = I 34 кВт. Система 1-ф I состоит из синхронного генератора 3-ф I СГО-12, угольного регулятора напряжения РН-600П, коробки включения и регулирования КВР-1, коробки отсечки частоты КОЧ-1А, блока стабилизации частоты БСЧ, автомата защиты от перенапряжения АЗПП-1СД, трансформатора тока ТФ1-200 U системы 120 В. Частота 400 Гц, мощность 12 кВА.

Система 3-ф I состоит из синхронного генератора ГТ60ПЧ6АТВ, блока регулирования напряжения БРН-208М7А, блока защиты и управления БЗУ-376СБ, блока трансформаторов тока БТТ-40Б и понижающего трансформатора (208/37) ТС315СО4Б.

Уровни напряжения системы: 208 В ± ± 2%, 115 В ± 2%; частота – 400 Гц ± ± 2%. Мощность по линии 208 В и 120 В – 60 кВА. Мощность по линии 37 В – 1,5 кВА. Средства радиосвязи – радиостанция Р-848 с дальностью связи 6—10 км (как и на АПА-50М). Помимо АПА-50М и АПА-5М, в качестве подвижных электроагрегатов могут использоваться аПа-3, АПА-4 и АПА-32 различных модификаций.

Принципиально эти АПА не отличаются от рассмотренных электроагрегатов, но применяются главным образом для обслуживания ЛА второго поколения.

В настоящее время АПА-3, АПА-4 и АПА-32 практически полностью заменены на АПА-5М и АПА-50М. ЭГУ-3 обеспечивает:

  1) одиночный запуск АД в режимах «Запуск 24 В» и «Запуск 24/48 В» с переключением источников тока с 24 на 48 В как на ЛА, так и на установке;

  2) питание бортового электрооборудования;

  3) проверку гидросистем ЛА давлением 50—210 кгс/см2;

  4) опрессовку гидросистем и агрегатов рабочей жидкостью давлением до 350 кгс/см2;

  5) дозаправку гидробаков ЛА рабочей жидкостью;

  6) зарядку воздухом гидроаккумуляторов до давления 150—200 кгс/см2, а пневматиков колес и гидробаков – до давления 10 кгс/см2;

  7) обдув воздухом специального оборудования ЛА.

ЭГУ смонтирована в сборном кузове на шасси автомобиля ЗИЛ-130. В качестве резервных источников электроэнергии имеются 4 АБ типа 12-АО-52, а в качестве резервного источника давления воздуха – 1 воздушный баллон емкостью 40 л с давлением воздуха 150 кгс/см2. Для обдува спецотсеков ЛА ЭГУ снабжена специальным вентилятором. Помимо ЭГУ-3, достаточно часто применяется ЭГУ-50/210-131, отличающаяся от ЭГУ-3 более развитой и мощной системой электроснабжения ЛА, более мощными гидронасосами, отсутствием воздушного компрессора и т. д. ЭГУ-50/210-131 смонтирована на шасси автомобиля ЗИЛ-131. Находят применение также ЭГУ, смонтированные на прицепах.

Аэродромные средства энергоснабжения авиационных потребителей

Аэродромные подвижные электроагрегаты АПА предназначены для питания бортовой сети летательных аппаратов электрическим током при проверке их оборудования, а также для электростартерного запуска авиадвигателей на земле. АПА-50М смонтирован на шасси ЗИЛ-131, АПА-5 – на шасси УРАЛ-375.

Электрогидроустановки ЭГУ предназначены для питания гидравлической энергией и сжатым газом самолетных систем при их проверке на земле. Кроме того, они могут обеспечивать питание бортовой сети летательных аппаратов электрической энергией при проверке авиационного оборудования и запуске двигательной установки на земле. Смонтированы, как правило, на шасси автомобилей. В качестве привода для источников электрической и гидравлической энергии АПА и ЭГУ используют как ходовой двигатель автомобиля (АПА-5М), так и автономные дизельные двигатели (АПА-50М).

В качестве источников электроэнергии используются генераторы постоянного и переменного тока, электромашинные и статические преобразователи тока, а также аккумуляторные батареи. В качестве источников гидравлической энергии используются шестеренчатые или плунжерные гидравлические насосы с высоким давлением. Передача крутящего момента от приводного двигателя к генераторам и гидронасосам осуществляется как напрямую, так и через раздаточные коробки (коробки отбора мощности). Указанные коробки обеспечивают рабочий диапазон частоты вращения установленным на них генераторам или гидронасосам. Соединение приводного двигателя с раздаточной коробкой осуществляется эластичными или фрикционными муфтами сцепления.

Управление силовыми агрегатами и оборудованием, а также контроль режимов работы силовых установок и систем осуществляется с панелей управления. Приводной двигатель, раздаточная коробка, генераторы, гидронасосы, панели управления в основном работают со вспомогательными агрегатами и аппаратурой, что составляет комплекс оборудования каждого АПА или ЭГУ. На кузове автомобилей АПА и ЭГУ существуют специальные приспособления для размещения кабелей, шлангов и приборов при обслуживании летательных аппаратов и при переездах агрегата.

Аэродромный электромотор

Аэродромный электромотор – генератор АЗМГ-50М АЭМГ. Так же, как и АПА, ЭГУ может использоваться для обеспечения электроэнергией ЛА. Машинный преобразователь АЭМП-50М обеспечивает:

  1) одиночный и групповой запуск АД в режиме «Запуск 24 В», запуск 24/48 В с переключением источника тока с 24 на 48 В на ЛА и запуск 70 В;

  2) одиночное и групповое питание электрооборудования = I напряжением 28,5 В, 1-ф I напряжением 115 В, частотой 400 Гц и 3-ф I напряжением 36 В частотой 400 Гц.

Масса АЭМГ-50М – 2300 кг.

Кроме АЭМГ-50М получил распространение также и другой тип АЭМГ – АЭМГ-60/30М.

Его отличие в том, что вместо асинхронного двигателя и источников электроэнергии используются электромашинный преобразователь ВПЛ-50М и автотрансформаторы, обеспечивающие ЛА электроэнергией только по переменному току (3-ф I = 208 В, 1-ф I = 208 В, 1-ф I = 120 В, частота 400 Гц). Аналогично ЭГУ-17/35М АЭМГ часто включается в состав комплексных станций наземного контроля.

Установка для зарядки авиационных аккумуляторных батарей (ЭСДА-8-В3/70-3 типа «Эльбрус»)

Зарядно-разрядные установки предназначены для обеспечения постоянной исправности кислотных и щелочных авиационных АБ. Установки функционируют в стационарных (обычных) и полевых условиях и состоят из целой серии портативных установок и установок, размещенных на шасси автомобилей.

Передвижная автоматизированная электростанция ЭСДА-8-В3/70-3 предназначена для заряда, разряда, хранения и транспортирования различных типов серебряно-цинковых аккумуляторов и батарей, а также для подзарядки кислотных аккумуляторных батарей в стационарных и полевых условиях. Станция обеспечивает:

  1) автоматический контроль заряда и разряда серебряно-цинковых аккумуляторов и батарей;

  2) одновременный заряд 120 различных типов серебряно-цинковых аккумуляторов токами от 0,3 до 5 А, или 60 аккумуляторов токами до 10 А, или 8 АБ типа 15СЦС-45Б;

  3) подзарядку шести кислотных АБ типа 12САМ-28;

  4) разряд серебряно-цинковых и других типов щелочных аккумуляторов и АБ токами от 0,3 до 10 А и 45А;

  5) заряд других типов щелочных и подзарядки кислотных АБ токами от 0,3 до 10 А;

  6) хранение и транспортирование различного количества щелочных аккумуляторов и АБ.

Все составные части смонтированы на шасси автомобиля ГАЗ-66. В качестве источника питания станции используется дизельная электростанция ЭСД-8-Т/400-А1РП на одноосном принципе. В кузове ГАЗ-66 размещены автоматизированная зарядно-разрядная установка УЗА-СЦ и щит управления. Сама УЗА-СЦ состоит из следующих устройств и принадлежностей:

  1) зарядно-контрольных устройств УЗК-1 и УЗК-2;

  2) разрядного устройства РУ;

  3) приспособления контрольных и силовых цепей для заряда и разряда аккумуляторов россыпью токами до 11,5 А; 4) приспособления контрольных и силовых цепей для разряда аккумуляторов россыпью токами до 45А;

  5) кассеты;

  6) комплекта силовых, контрольных кабелей и переходов;

  7) ЗИП и документации.

Заряд и разряд щелочных АБ типа 15 СЦС-45Б производится при подключении УЗА-СЦ к щиту управления, а заряд кислотных АБ типа 12 САМ-28 – подключением их к щиту управления без УЗА-СЦ.

Автоматизация заряда и разряда заключается в следующих действиях:

  1) автоматический поэлементный контроль щелочных аккумуляторов в каждой группе;

  2) автоматическое отключение зарядного или разрядного тока в группе при получении на одном из аккумуляторов этой группы напряжения, установленного оператором;

  3) зрительный контроль номера, выбранного для измерения или контролируемого аккумулятора;

  4) оперативная приближенная оценка напряжения на контролируемом аккумуляторе дополнительным вольтметром, входящим в комплект УЗА-СЦ;

  5) контроль времени заряда и разряда;

  6) возможность продолжения циклов разряда или заряда аккумуляторов при исключении из группы одного или нескольких аккумуляторов;

  7) возможность продолжения циклов заряда или разряда при автоматическом отключении группы;

  8) подача световой и звуковой сигнализации;

  9) запоминание и указание номера аккумуляторной батареи в отключенной группе, достигшего установленного оператором напряжения.

Возможен одновременный заряд и разряд нескольких аккумуляторов или АБ. Особенностью установки УЗА-СЦ, входящей в состав станции «Эльбрус», является то, что она может поставляться отдельно в качестве основной составной части стационарных зарядных аккумуляторных станций (ЗАС) на аэродромах.

Авиационные аккумуляторные батареи (АБ) по назначению делятся на бортовые и аэродромные. Бортовые АБ (находятся на борту ЛА) предназначены для:

  1) питания основных потребителей в полете при выходе из строя генераторов постоянного тока, т. е. используются в качестве аварийного источника постоянного тока;

  2) питания систем запуска при автономном запуске авиадвигателей.

Аэродромные АБ (находятся на аэродроме) предназначены:

  1) для питания потребителей электроэнергии ЛА на земле при проверках;

  2) для питания систем запуска при неавтономном запуске авиадвигателей.

АБ – несколько последовательно электрически соединенных аккумуляторов, находящихся в одном корпусе. Соединение аккумуляторов в батарею необходимо для того, чтобы обеспечить заданный уровень напряжения (24 В).

Аккумулятор является химическим источником электрической энергии (ХИЭЭ), т. е. устройством, в котором химическая энергия активных веществ во время реакции превращается в электрическую энергию. Принцип действия аккумулятора основан на обратимых окислительно-восстановительных реакциях его активных веществ. Активные вещества аккумулятора находятся на положительном и отрицательном электродах – проводниках первого рода, и в электролите – проводнике второго рода. Электроды, помещенные в электролит, приобретают электрические потенциалы, обусловленные электрическими свойствами веществ электродов и электролита. При замыкании электродов аккумулятора на внешнюю нагрузку происходит процесс преобразования активных веществ аккумулятора, и по нагрузке протекает ток – аккумулятор разряжается. При пропускании через аккумулятор постоянного тока от внешнего источника в направлении, противоположном разрядному току, происходит восстановление активных веществ, т. е. заряд аккумулятора. Аккумуляторы допускают многократное число циклов разряда-заряда.

Аккумуляторы (и аккумуляторные батареи) характеризуются рядом параметров, основными из которых являются: электродвижущая сила, напряжение, внутреннее сопротивление, емкость, удельные емкость и энергия, саморазряд, срок службы. Наиболее специфичной характеристикой аккумулятора является емкость. Разрядная емкость зависит от температуры электролита, разрядного тока и конечного разрядного напряжения.

Саморазряд – бесполезная потеря емкости, обусловленная протеканием самопроизвольных процессов в аккумуляторе при разомкнутой внешней цепи, т. е. при хранении аккумулятора его емкость уменьшается.

В качестве авиационных АБ наиболее широко применяются серебряно-цинковые, никель-кадмиевые и свинцовые. Название АБ определяется химическим составом применяющихся активных веществ. Совокупность активных веществ аккумулятора называется его электрохимической системой. Батареи этого типа имеют самые высокие удельные показатели, т. е. это самые легкие АБ.

На самолете МИГ-29 устанавливаются две серебряно-цинковые АБ типа 15-СЦС-45, где СЦС – серебряно-цинковая, самолетная; 15 – количество аккумуляторов в батарее; 45 – номинальная емкость (А ч). Масса такой батареи 17,7 кг, максимальный ток разряда 750 А, технический ресурс – 1,5 года. HSO – водный раствор серной кислоты плотностью j = 1,285 г/см3. На вертолете МИ-24 устанавливаются две АБ типа 12-САМ-28, где САМ – стартовая, авиационная, моноблочная. Масса АБ – 28,5 кг. В качестве аэродромных АБ применяются свинцовые типов 12-АО-50, 12-АСА-140 емкостью соответственно 50 и 140 А ч.

Аэростат

Аэростат – это летательный аппарат, получивший свое название от греческих слов aer – «воздух» и statis – «стоящий», «неподвижный».

Аэростат.

Летательный аппарат использует подъемную силу газа, заключенного в газонепроницаемую оболочку. Для этих целей используют водород, гелий, светильный газ, теплый воздух, газы, имеющие плотность меньше плотности атмосферного воздуха. Бывают свободные аэростаты, привязные аэростаты и дирижабли. Вследствие избыточной аэростатической силы осуществляются подъем свободного аэростата и привязного аэростата и статистический подъем дирижабля. Свободный аэростат используется для многочисленных полетов (дрейфов), он может подниматься с различной аппаратурой, а также с экипажем, его используют для спортивных, исследовательских, военных и других целей.

Для подъема исследовательской аппаратуры, средств связи, радиолокаторов, ретрансляторов, метеозондирования используются привязные аэростаты. А для транспортных перевозок, экспедиций, полетов ведения разведки, поиска подводных лодок, затонувших судов, мин, косяков рыб, туристических полетов используются дирижабли.

В 1670 г. Франческо де Лана Торци изобрел первый аэростат, представлявший собой летающую лодку, движителем которой был парус, а подъемная сила создавалась путем откачки воздуха из четырех медных шаров.

5 июня 1783 г. во Франции братья Монгольфье усовершенствовали изобретение Франческо де Лана Торци. Они изготовили аэростат из льняной ткани, обклеенной с двух сторон бумагой. Это были тепловые аэростаты братьев Монгольфье, названные «монгольфьерами». Воздух нагревали до 70—100 °С и у земли наполняли им аэростат. 21 ноября 1783 г. 25-минутный полет на «монгольфьерах» совершили воздухоплаватели-французы Пилатр де Розье и д'Арланд. В том же году в Петербургской академии наук Л. Эйлер вывел формулу для расчета подъемной силы аэростата. В 1783 г. построили аэростат, наполненный водородом, разработал его по поручению Французской академии наук Ж. Шарль, а построили механики братья Роббер. Для изготовления аэростата взяли шелковую ткань и покрыли ее раствором каучука. Этот аэростат назвали «Шарльери», и на нем 1 декабря 1783 г. Шарль и братья Роббер совершили первый полет продолжительностью 2 ч. На высоте 3400 м впервые смогли замерить в полете температуру воздуха. До сих пор используются «монгольфьеры» и «шарльери», называемые в настоящее время воздушными шарами.

В 1794 г. был построен аэростат особой конструкции «розьер». Его построил Пилатр де Розье для перелета через ЛаМанш. С 1794 г. привязные аэростаты, в основном имевшие шаровидную форму и поднимавшиеся на одном или двух канатах на высоту до 500 м, стали использовать для наблюдения за полем боя. Свободные аэростаты используются для научных целей и различных развлечений.

Впервые в России состоялись полеты свободных аэростатов, без людей, в Петербурге 24 ноября 1783 г., в Москве 19 марта 1784 г., с человеком на борту – в Петербурге 20 июня и 18 июля 1804 г. и 20 сентября в Москве. В 1804 г. летом впервые были произведены аэрологические наблюдения на высоте 2500 м. Произвели их академик Я. Д. Захаров и фламандский физик и воздухоплаватель Э. Робертсон.

В 1804 г. 16 сентября свободный аэростат впервые смог подняться на высоту 7 км, на его борту находился французский физик Ж. Гей-Люссак. С 1823 г. стали применять для наполнения свободного аэростата светильный газ, это оказалось намного дешевле водорода, что увеличило количество полетов в Великобритании и в США.

В 1875 г. в этих странах стали производить систематические метеорологические наблюдения. Используя кислородные подушки, в 1875 г. Г. Тиссандье поднялся на свободном аэростате на высоту 86 км.

В 1874—1875 гг. большой вклад внес в развитие воздухоплавания Д. И. Менделеев. Он внедрил высотомер высокой точности и предложил стратостат с герметичной кабиной. Академик М. А. Рыкачев был пионером аэрологии в России, на его аэростатах устанавливались психрометр, анероид и термометр. Но такие полеты обходились очень дорого, и поэтому профессор М. М. Поморцев предложил применять для замера скорости ветра на высотах шары-зонды.

В 1892 г. в Германии для замера температуры и давления был запущен такой шар-зонд, снабженный самопишущим прибором. Военное применение свободных аэростатов началось в 1849 г. Австрийцы использовали небольшие тепловые свободные аэростаты (объемом 82 м3), подвешивая к ним бомбы.

Привязной аэростат объемом 5 тыс. м3 сферической формы построил француз А. Жиффар в 1867 г. В 1878 г. на высоту 500 м в его гондоле поднялись 40 пассажиров, это произошло на выставке в Париже.

Аэростаты объемом 1000—2000 м3 применялись в 1870—1871 гг. при осаде Парижа во время прусской войны в качестве перевозки почты, а также людей. Для разбрасывания листовок использовались свободные аэростаты во времена Парижской коммуны. Привязные аэростаты применяла Япония в войне с Китаем (1891), а позднее – против русских под Порт-Артуром.

Более совершенную конструкцию разработал А. Парзеваль в 1893 г. в Германии. Это был привязной аэростат змейкового типа, у него был удлиненный корпус, он мог вести наблюдения на высоте 1 км при скорости ветра до 15—17 м/с. А. М. Кованько в 1885 г. возглавил первую в России воздухоплавательную кадровую часть.

В конце XIX в. воздухоплавание стало очень популярным, стали проводить состязания, организовывались аэроклубы. 12 апреля 1899 г. было проведено первое состязание. Сотни свободных аэростатов участвовали в этих состязаниях, они поднимались в воздух на высоту до 8500 м, оставаясь там до 36 ч. Дермсоном и Зюрингом в 1901 г. был поставлен рекорд 10 800 м, а пилот Берлинер пролетел 3052,7 км. В 1914 г.

13—17 февраля в течение 87 ч в воздухе находился пилот Каулек. К началу Первой мировой войны аэростаты были взяты на вооружение всеми воюющими странами. Они использовались в разведке, как заграждение против бомбардировки.

При советской власти было создано бюро Комиссаров авиации и воздухоплавания. Первый съезд советских деятелей воздухоплавания состоялся в 1918 г., он наметил программу развития советского воздухоплавания. Жуковский возглавил научное авиационное учреждение «Летучая лаборатория» в Москве, где 10 августа 1918 г. создается Полевое управление авиации и воздухоплавания действующей армии (Авиадром). Велись работы по улучшению аэростатов, проводились соревнования между Великобританией, США, Францией и СССР. В Германии, Италии, Великобритании и США были разработаны моторизованные аэростаты. А во Франции изобрели геликостаты системы Эмишена, они имели свойства вертолета и аэростата одновременно, так как имели винты вертикальной и горизонтальной тяги.

В Японии в 1939 г. были разработаны автоматические аэростаты для бомбардировки территории противника. Для их изготовления использовалась оболочка из специальной бумаги для полетов на высоте 11 км. В течение 50—70 ч боевая нагрузка составляет до 50 кг. Аэростат мог регулировать автоматическим устройством высоту полета.

Бортовые навигационно-посадочные устройства

С помощью автоматической системы посадки в сложных метеорологических условиях осуществляются заход и посадка летательного аппарата в автоматическом режиме (с дальностью 8—14 км), а также в полуавтоматическом (пилотирование по индикатору системы) и ручном (по командам оператора посадочной РЛС). Она состоит из корабельного и самолетного оборудования.

Корабельное оборудование включает посадочные РЛС AN/SPN-10 и РЛС AN/ SPN-42, устройства стабилизации, компенсации (по крену, дифференту, вертикальному перемещению и рысканию палубы), навигационные вычислители, агрегаты передачи данных, пульты управления и индикаторы РЛС.

В самолетное оборудование входят приемник, автопилот, устройство автоматического управления полетом, индикатор летчика. Приемник получает сигналы от корабельного оборудования, обеспечивающие автоматическое управление элеронами, рулями высоты и направления, другими аэродинамическими поверхностями и, кроме того, тягой двигателей при заходе на посадку. Данные о летательном аппарате, поступающие от РЛС AN/SPN-42, компенсаторов движения палубы авианосца и стабилизации антенны, а также от гидродатчика и акселерометров, отрабатываются в навигационном вычислителе. Он определяет величину линейного отклонения самолета от заданной посадочной траектории и через передатчик выдает команды управления по крену и тангажу на автопилот и индикатор летчика. Команды на исполнение передаются через боевую информационно-управляющую систему NTDS – ATDS.

Первоначально самолет выполняет заданный заход на посадку с помощью навигационной системы ТАКАН, по командам оператора РЛС или по индикатору (полуавтоматический режим). Система имеет устройство компенсации перемещения палубы. Сигналы компенсации начинают поступать на самолет за 12,5 с до посадки.

Приблизительно за 500—600 м до точки касания полет самолета начинает синхронизироваться с движением палубы корабля. При посадке самолета вручную такая компенсация невозможна вследствие относительно медленной реакции летчика.

Из кабины самолета трудно своевременно и точно определить направление перемещения и скорость движения посадочной палубы, поэтому автоматическая посадка в сложных метеорологических условиях более безопасна.

Бортовые средства объективного контроля

Для объективного анализа причин и предупреждения аварий и инцидентов, для механико-технического контроля бортовых систем оборудования и прогнозирования их механико-технического состояния, а также для оценки действий летного состава при выполнении конкретного летного задания и его обучения используются бортовые устройства контроля.

Средства контроля позволяют записать и сохранить необходимые данные об условиях проведения полета, параметрах движения и состояния летательного аппарата, техническом состоянии его силовых агрегатов и оборудования, действиях летного состава по управлению летательным аппаратом. Бортовые устройства регистрации только записывают нужные параметры, но не позволяют проводить их анализ на борту летательного аппарата.

Анализ параметров осуществляется после проведения полетного задания, в процессе проведения экспресс-оперативной обработки на земле.

Регистрирующие устройства с незначительным количеством записываемых параметров (2—3) устанавливались на отечественных самолетах еще с начала 1940-х гг. Широкое же внедрение бортовых устройств регистрации (БУР) происходило при опытно-испытательных полетах летательных аппаратов всех типов и видов. Однако в настоящее время применение БУР оказалось необходимым при проведении полетов всех серийных летательных аппаратов.

Международная организация по гражданской авиации в мае 1965 г. постановила всем государствам уделять особое внимание внедрению и применению БУР.

Широкое развитие бортовых устройств регистрации наступило в середине 1970-х гг. после принятия СССР в международную организацию ГВФ (1САО), так как полет летательного аппарата на международных линиях разрешен только с использованием средств объективного контроля. БУР входят в единый комплекс системы регистрации и экспресс-оперативной обработки получаемой от БУР информации, при этом система экспресс-оперативной обработки информации преимущественно является наземной.

Система обработки летной информации, получаемой от БУР данного летательного аппарата, представляет собой специальные дешифрирующие и вычислительные устройства. С их помощью осуществляются механико-техническая и аэродинамическая диагностика (определение механико-технического состояния наиболее важных бортовых агрегатов, устройств и механизмов), анализ причин конкретных инцидентов, аварий и катастроф, оценка проведения пилотирования и выполнение заданий транспортных, учебных, учебно-боевых и боевых полетных заданий.

Результаты обработки полученной информации БУР определенных летательных аппаратов впоследствии используются в статистических системах обработки информации о данном типе летательного аппарата.

Эти системы позволяют выполнить наиболее полный анализ инцидентов, аварий и катастроф, намечать пути и способы совершенствования летательных аппаратов, технической эксплуатации, подготовки летного и технического персонала.

Необходимость в БУР обусловлена также и тем, что число аварий, катастроф и инцидентов с неустановленными причинами составляет 20—22% от общего количества инцидентов. Для определения причин инцидентов необходимо иметь информацию о действии летнотехнического состава во время проведения полетного задания; о поведении летательного аппарата на траектории полета; о работоспособности бортовых агрегатов летательного аппарата.

Отличие БУР от агрегатов встроенного контроля авиационной техники состоит в том, что процессы измерения контролируемых данных и оценки анализа контроля разнесены во времени.

БУР предназначены для записывания и сохранения полетной информации, характеризующей параметры полета, действие и состояние летного состава, работоспособность бортового оборудования.

Применяемые в настоящее время БУР классифицируются по следующим основным признакам: по функциональному применению; по принципу записи полученных данных; по форме записи полученных данных.

По функциональному применению БУР подразделяются на аварийные, эксплуатационные и испытательные.

Эксплуатационные системы регистрации записывают значительно большее число параметров, чем аварийные БУР. Накопитель эксплуатационного регистратора защиты не имеет и при авариях не спасается.

Испытательные системы регистрации используются при проведении различного рода летных испытаний образцов авиационной техники.

Принципы записи полученных данных БУР делятся на оптические (осциллографические), механические и магнитные.

Регистраторы с механическим способом записи полученных данных полета называются бароспидографы, или самописцы.

На летательных аппаратах старой конструкции применяются двухканальные бароспидографы К2-713М, К2-714, К2-715, К2-717, записывающие приборную скорость полета и высоту полета летательного аппарата, а также 3-канальные самописцы К3-63, регистрирующие приборную скорость полета летательного аппарата, высоту и вертикальную перегрузку (Ny) ЛА. В этих приборах запись осуществляется методом царапанья по бумажной поверхности со спецпокрытием (К2-713, К2-717) или по эмульсионному слою кинопленки, зафиксированной без применения проявления (К3-63) с помощью металлических иголок, закрепленных с помощью передаточно-множительного механизма (ПММ) с анероидным и манометрическим блоками аппарата. В К3-63 погрешность измерения приборных данных составляет для Н и Vпр ± 4 %, для Ny ± 3%.

К оптическим БУР относятся: САРПП-12; К12-22; САРПП-24. Одна из этих систем будет рассмотрена подробно в этом описании – это система САРПП-12. Оптические системы регистрации изготавливаются на базе шлейфовых осциллографов. Записывающим материалом информации в таких аппаратах является фотопленка. Магнитные системы регистрации полетных данных летательных аппаратов – это такие агрегаты, в которых в качестве записывающего носителя полученных данных используются магнитные материалы – ферромагнитная лента, металлическая лента или проволока. К таким системам относятся МсРП-12, МСРП-64, «Тестер УЗ» и «Тестер УЗЛ». По форме записи полетных данных летательных аппаратов БУР подразделяются на аналоговые и дискретные. Аналоговые БУР подразделяются на механические и оптические системы регистрации полетных данных, а дискретные – магнитные.

Аналоговые: К2-713; К2-714; К2-715; К2-717; К12-22; САРПП-12. Дискретные: МСРП-12; МСРП-64; «Тестер УЗ» и «Тестер УЗЛ». В дискретных системах запись полетных данных летательных аппаратов осуществляется в виде импульсного, частотного или цифрового кода. Принципиальное различие этих аппаратов состоит в способе обработки: у аналоговых систем – ручная обработка полетных данных, у дискретных – автоматическая обработка полетных данных. При ручной обработке полетных данных для расшифровки фотопленки аппараты САРПП-12 применяют проектор типа 5ПО-1, «Микрофот» или дешифратор лент фотоконтрольного аппарата ЭДИ-452, которые увеличивают изображения в 10 раз. При работе с ЭДИ-452 изображение фотопленки проектируется на оригинальный шаблон.

В современных летательных аппаратах бароспидографы с механическим принципом записи заменяются БУР с оптическим и магнитным принципом записи полетных данных. Под объективным контролем полетных данных понимается система проводимых командиром (начальником) летных заданий, направленных на комплексное использование всех средств и данных объективного контроля полетных данных в интересах совершенствования методики и качества обучения личного состава, повышения безопасности полетов и надежности авиационной техники (АТ) во избежание аварийных ситуаций, катастроф и повышения дисциплины летного состава.

Задачи ОК: контроль последовательности и качества выполнения полетных заданий экипажей; повышение безопасности полетов за счет невыпуска в полет неподготовленных экипажей и АТ; вскрытие недостатков в действиях групп руководства полетами и расчетов пунктов назначения, предусмотренных полетными заданиями; установление истинных причин инцидентов, аварий и катастроф; контроль за работой АТ в межрегламентный (межремонтный) периоды при облетах, испытаниях и при подготовке к выполнению полетных заданий. За организацию ОК отвечают командиры, а руководство осуществляют заместители командиров.

ОК подразделяется на: межполетный; полный; специальный. Основными средствами объективного контроля (СОК) являются: бортовые СОК общего назначения; бортовые СОК специального назначения; наземные штатные СОК; наземные нештатные СОК; средства регистрации психофизических параметров летного состава. Материалами ОК считаются первичные носители бортовых наземных летных данных (фотопленки, магнитные ленты и др.).

Данными ОК считаются результаты обработки первичных носителей полученных данных (карточки, протоколы, распечатки и др.).

Объективному контролю подлежат: общая продолжительность полетного задания; режимы полетов летательных аппаратов и маневра; работа АТ и действия летного состава по ее применению в воздухе; переговоры между членами летного состава; выполнение транспортировки грузов и людей; точность наведения на цель при боевом применении; результаты боевого применения летательных аппаратов; взаимодействие в боевом порядке; взаимное расположение летательных аппаратов при дозаправке в воздухе; результаты воздушной и боевой разведки; радиообмен по громкоговорящей связи или телефонам КП и других пунктов управления полетом; постановка задач на полеты и предполетные указания летному составу.

В положении излагаются следующие вопросы: организация ОК; обязанности должностных лиц по проведению ОК полетных заданий; классы и лаборатории ОК; учет и хранение результатов ОК. При авариях или катастрофе разрешение на рассмотрение информации контейнера с носителем полетных данных и обработку материалов ОК дает председатель комиссии, производящей расследование, а при аварии – командир авиационного подразделения, руководитель предприятия или вышестоящее должностное лицо.

Система САРПП-12 предназначена для записи полетных данных световым лучом на фотопленке различных параметров полетных заданий в нормальных и аварийных условиях и сохранения записанной информации в аварийных случаях и катастрофах. Система САРПП-12 производится в трех вариантах: САРПП-12ГМ; САРПП-12ВМ и САРПП-12 ДМ с одной или двумя скоростями протяжки фотоленты. Для обеспечения записи параметров полета в системах летательного аппарата установлены датчики, выдающие соответствующие сигналы через согласующее устройство в накопитель полетных данных. На вертолете МИ-24 применяется система САРПП-12ДМ, на самолете МИГ-23 применяется система САРПП-12ГМ. НА самолете МИГ-29, как уже отмечалось выше, работает система «Тестер УЗЛ». В комплект системы контроля САРПП-12ДМ входят:

  1) накопитель информации К12-51ДМ;

  2) согласующее устройство УсС-4;

  3) датчик высоты (барометрический) ДВ-15М;

  4) датчик положения ползуна автомата перекоса МУ-615А.

К дополнительным датчикам относятся:

  1) датчик воздушной скорости ДВС-24, закрепленный на правом борту радиоотсека летательного аппарата;

  2) малогабаритная гировертикаль аппарат МГВ-1СУ, выдающий сигналы крена и тангажа летательного аппарата, закрепленный на левом борту радиоотсека;

  3) датчик Д-2 указателя ИТЭ-2Т несущего винта летательного аппарата, выдающий сигнал, пропорциональный частоте вращения редуктора, закрепленный в отсеке главного редуктора.

Об исправности и работоспособности лентопротяжного механизма накопителя надо судить по табло на центральном пульте управления летчика. Система имеет ручную и автоматические системы включения аппарата. Для включения САРПП-12Д переключатель «САРПП-12Д» на щитке управления САРПП-12Д центрального пульта летчик должен установить в положение «Ручное», при этом должно загореться сигнальное табло управления, извещающее о работоспособности САРПП-12Д. При положении переключателя в положение «Сигнал выкл.» выключается только сигнальное табло аппарата на щитке управления «САРПП-12Д». При установке переключателя «САРПП-12Д» на щитке управления в положение «Автомат» производится автоматическое выключение системы контроля в момент отрыва вертолета от земли при срабатывании концевого выключателя АМ800К.

ОТД: на вертолете система регистрирует шесть непрерывных параметров и семь разовых команд управления.

Непрерывные параметры:

  1) относительная барометрическая высота (Н ): 50—6000 м;

  2) скорость полета (приборная) (Vпр ):

60—400 км/ч;

  3) шаг несущего винта в диапазоне: 30;

  4) частота вращения несущего винта 70—110%;

  5) угол крена: 60;

  6) угол тангажа: 45.

Разовые команды:

  1) пожар. Сигнал выдается датчиками сигнализации пожара в отсеках главного редуктора, расходного бака, АИ-9В;

  2) опасная вибрация левого двигателя. Сигнал выдается электронным блоком БЭ-500Е;

  3) опасная вибрация правого двигателя. Блок тот же установлен в грузовой кабине;

  4) отказ основной гидросистемы. Сигнал снимается с сигнализатора давления МСТ-55АС основной гидросистемы. Сигнализатор установлен на корпусе гидроблока;

  5) отказ дублирующей гидросистемы. Сигнал снимается с сигнализатора давления МСТ-35С дублирующей гидросистемы. Установлен там же;

  6) аварийный остаток топлива. Сигнал выдается датчиком топливомера левого расходного бака. Датчик установлен на левом расходном баке;

  7) опасная высота (РВ-5). Сигнал снимается с указателя высоты УВ-5 радиовысотомера РВ-5. Указатель установлен на приборной доске летчика.

Регистрация производится на фотопленке типа «Изопанхром» шириной 35 мм без перфорации. Максимальный запас фотопленки 12—0,5 м. Скорость протяжки фотопленки регулируется вручную пилотом в период подготовки летательного аппарата к выполнению полетного задания: 1 и 2,5 мм/с.

При переключении скорости протяжки изменяется интервал между отметками времени интервалов: 1-й скорости 1 мм/с соответствует период, который у различных накопителей может лежать в пределах от 7,7 до 14,3 с; 2-й скорости мм/с соответствует период от 3,08 до 5,7 с (конкретные значения периода отметки времени указаны в паспортных данных на накопитель информации). Условимся, что 1-й скорости (1 мм/с) соответствует временной интервал 10 с, а 2-й скорости (2,5 мм/с) – 4 с. Основная погрешность регистрации – 5% диапазона измерения соответствующего параметра.

Электропитание системы регистрации полетных данных осуществляется от бортсети постоянного тока U = 27 В. Проверка работоспособности на земле накопителя полетных данных и контроль протяжки фотопленки производятся по загоранию сигнальной лампы, размещенной на корпусе накопителя информации.

В комплект системы регистрации полетных данных САРПП-12ГМ входят:

  1) малогабаритный датчик давления (Н) МДД-Те-1-780;

  2) малогабаритный датчик давления (Vпр) МДД-Те-0-1,5;

  3) датчик горизонтальных перегрузок (Nx) МП-95 (-1,5 ед);

  4) датчик вертикальных перегрузок (Ny) МП-95 (-3,5—10 ед);

  5) датчик угловых перемещений стабилизатора МУ-615А (ст);

  6) согласующее устройство УсС-4-2М;

  7) накопитель информации К12-5Г1М.

Вместе с системой работает, но в комплекте не значится датчик угловой частоты вращения ротора низкого давления (РНД) двигателя. Датчик тахометра (N1) ДТЭ-1 – 1 шт.

Система регистрации полетных данных включается в работу автоматически при отрыве летательного аппарата от ВПП (при включении концевого выключателя ВК-200Р левой стойки шасси) и остается во включенном положении при посадке.

Для подачи питания к системе в кабине на правом пульте установлен выключатель ВГ-15К с трафаретом «САРПП». Он включается для проверки работоспособности системы контроля полетных данных САРПП на стоянке. ОТД: система регистрирует шесть непрерывных параметров полетных данных и восемь разовых команд.

Непрерывные параметры:

  1) высота полета (барометрическая) (Н): 250—25000 м;

  2) скорость полета (приборная) (Vпр ): 200—1500 км/ч;

  3) вертикальные перегрузки (Ny): от -3,5 до +10 ед;

  4) горизонтальные перегрузки (Nx): +1,5 ед;

  5) угловая частота вращения ротора РНД (N1): 10—110%;

  6) угловые перемещения стабилизатора (ст): +30;

Разовые команды:

а) давление в общей гидросистеме Росн ;

б) давление в бустерной гидросистеме Рбуст;

в) контроль нажатия кнопки стрельбы «Боевая кнопка»;

г) включение режима «Максимал»;

д) включение режима «Форсаж»;

е) критический угол атаки «кр»;

ж) высокая температура «ВТ»;

з) включение в работу системы САУ. Таким образом, система контроля полетных данных может регистрировать 9 разовых команд, а на самолете регистрируется только 8 разовых команд контроля полетных данных. Один канал регистрации резервный. В остальном основные технические данные системы контроля полетных данных САРПП-12ГМ аналогичны ранее рассмотренным данным системы САРПП-12ДМ.

Накопитель информации полетных данных К12-51ДМ (Г1М) предназначен для записи полетных данных световым лучом на фотопленку данных, преобразованных в электрические сигналы постоянного тока. Он представляет собой светолучевой магнитоэлектрический осциллограф с кассетой КС-05.

Накопитель информации полетных данных имеет: кнопку Кн1 «Вкл. пит.» включения питания; кнопку Кн2 «Нулевые линии» для прописи нулевых линий (механических нулей «мех. 0»); лампу сигнализации работоспособности лентопротяжного механизма аппарата; окошко, в которое видно центральную лампу осветителя; регулировочный винт реостата накала осветителя; защелку, закрывающую отверстие для переключения скорости протяжки фотопленки контрольного устройства.

Накопитель информации полетных данных позволяет производить: непрерывную запись на фотопленке 6 измеряемых величин; запись 9 разовых команд; отметку времени.

Накопитель находится в оранжевом металлическом контейнере, который на вертолете установлен в килевой балке аппарата между шпангоутом N4 и нервюрой N1, а на самолете МиГ-23 он размещен в киле аппарата между нервюрами N7 и N9.

Согласующее устройство УсС-4 (УсС-4-2М) предназначено для питания стабилизированным напряжением цепей накопителя и для преобразования измеряемых величин в электрические сигналы аппарата.

Согласующее устройство (усилитель согласования) выдает стабилизированные напряжения: для питания измерительных цепей; двигателя лентопротяжного механизма контролирующего прибора; лампы отметки времени накопителя; центрального осветителя; узла световой сигнализации (лампочки разовых команд N1—N5). УсС-4 (УсС-4-2М) представляет собой блок с двумя штепсельными разъемами для подключения его к датчикам и накопителю полетных данных. На верхней части кожуха имеется окно, закрытое крышкой для доступа к регулировочным резисторам. Последние предназначены для регулировки ординат прописи «механических нулей» вибраторов и линий разовых команд прибора контроля полетных данных. Согласующее устройство на вертолете закреплено в радиоотсеке, на правом борту, между шпангоутами N13 и N15, а на самолете оно закреплено рядом с накопителем полетных данных.

Датчик барометрической высоты ДВ-15М предназначен для определения барометрической высоты полета прибора и для выдачи электрического сигнала на контролирующее устройство, пропорционального измеряемой высоте. ЧЭ датчика является анероидная коробка, помещенная в герметичный корпус прибора контроля полетных данных, который связан с приемником воздушного давления ПВД-6М. Деформация анероидной коробки передается на щетку потенциометра. Датчик на вертолете закреплен в радиоотсеке на правом борту, между шпангоутами N13 и N15.

Потенциометрический датчик угловых перемещений МУ-615А предназначен для преобразования углов перемещения органов управления в электрические значения. Рабочие углы перемещения движка потенциометра составляют +30. На вертолете датчик положения ползуна автомата перекоса МУ-615А закреплен на главном редукторе и соединен тягой с ползуном автомата перекоса аппарата. На самолете датчик закреплен так, что среднее положение движка потенциометра соответствует среднему положению стабилизатора аппарата (при этом закрашенная точка на втулке датчика и стрелка должны совпадать по инструкции применения). На самолете датчик закреплен в килевой части фюзеляжа.

Малогабаритные датчики давления (температуростойкие) МДД-Те-1-780 и МДД-Те-0-1.5 предназначены для выдачи электрического сигнала контрольному прибору, пропорционального измеряемому давлению. Датчик МДД-Те-1-780 анероидного типа измеряет давление от 1 до 780 мм рт. ст. Датчик МДД-Те-0-1.5 манометрического типа измеряет давление в пределах от 0 до кг/см2. Датчики на самолете установлены в отсеке N2 (закабинный отсек) на N12 вверху.

Датчики перегрузок МП-95 применяются для измерения линейных перегрузок летательного аппарата (Ny и Nx) и преобразования их в электрические сигналы контрольного устройства, пропорциональные измеряемым перегрузкам. Направление стрелок на шильдике датчиков указывает направление действия перегрузок летательного аппарата. Действие датчика основано на инерционном принципе. В качестве ЧЭ использован груз в виде оси с установленными на ней потенциометром и поршнем. Каждому значению ускорения соответствует определенное положение прибора потенциометра относительно неподвижной токосъемной щетки датчика.

На самолете МиГ-23 датчики перегрузок закреплены на общем кронштейне между шпангоутами N12Б и N12B отсека экипажа.

Первичным элементом измерения заданных параметров системой контроля полетных данных САРПП-12 является датчик. ЧЭ датчика воспринимает и преобразует измеряемый параметр полетных данных в электрический сигнал, который через схему согласующего устройства аппарата с помощью постоянного тока поступает на вибратор накопителя информации контролирующего устройства.

Под действием постоянного тока, равного величине измеряемого параметра полетных данных, зеркало, закрепленное на рамке вибратора, находящегося в сильном поле постоянного магнита, поворачивается на определенный угол, данные поступают в прибор контроля.

Отраженный от зеркала световой луч через оптическую систему направляется на фотопленку, которая перемещается с определенной скоростью лентопротяжным механизмом контролера полетных данных летательного аппарата.

В результате на фотопленке записывается непрерывная линия информации, ордината любой точки которой соответствует определенной величине измеряемого параметра полета в определенный момент времени измерения.

При нулевых значениях соответствующих параметров полетных данных на фотопленке прописываются электрические нулевые значения. При отсутствии сигналов с датчиков на фотопленке прописываются линии контролируемых полетных данных, которые характеризуют исходное положение зеркал вибраторов прибора. Эти линии называют механическими нулями соответствующих параметров полетных данных. Для распознавания линий записи летательного аппарата на фотопленке в системе контроля предусматривается периодическая разметка линий записи полетных данных от первого канала до базовой линии включительно в виде разрыва данных полета.

Система позволяет регистрировать 9 разовых команд, из которых 5 регистрируются в виде непрерывных параллельных линий полетных данных, расположенных на определенном расстоянии от базовой линии регистрации, а 4 регистрируются методом наложения их на линии записи аналоговых параметров полетных данных: высоты, скорости и частоты вращения двигателя (на самолете) и высоты, скорости и частоты вращения несущего винта (на вертолете). Регистрация разовых команд в виде непрерывных линий осуществляется специальным блоком осветителей, лампы которого получают питание при замыкании контактов управляющих реле контрольного прибора, расположенных в согласующем устройстве. Положение ламп в блоке осветителей определяет положение линий записи полетных данных команд относительно базовой линии информации.

Регистрация разовых команд методом наложения осуществляется путем периодического изменения ординаты на заранее установленную ступенчатую величину при замыкании контактов управляющих реле контрольного прибора в согласующем устройстве. Разовая команда получается на контролирующий прибор в виде электрического сигнала соответствующим напряжению 27 В, снимаемого с электрической схемы какой-либо системы летательного аппарата при подаче на нее питания с управляющего устройства. При снятии сигнала разовой команды прекращается ее запись на фотопленку контрольного прибора. Запись и счет разовых команд идут сверху вниз к базовой линии от й к 5-й линии контрольного устройства. Ординаты этих линий указаны в паспорте на накопитель полетных данных. При записи разовых команд методом наложения основной параметр на фотопленке записывается в виде двух пунктирных линий. 6-я разовая команда накладывается на регистрируемую линию Н, 7-я – Vпр , а 8-я и 9-я на: НВ (для вертолета), N (для самолета).

Недостатки САРПП-12: ограниченное число регистрируемых полетных данных контролирующего прибора; низкая точность информации (погрешность 5%); невозможность автоматизации процесса обработки полученных полетных данных. Перед полетом необходимо прописывать механическое и электрическое обнуление.

Перед установкой накопителя полетных данных на летательных аппаратах необходимо произвести проверку внешнего состояния накопителя полетных данных и наличия фотопленки в кассете записывающего устройства; установку необходимой применяемой в данном полетном задании скорости протяжки фотопленки; проверку качества базовой линии накопителя, нулевых линий вибраторов, отметки времени и сигналов разовых команд контролирующего прибора. Толщина основной линии и нулевых линий вибраторов не должна превышать предела 0,5 мм. При отрицательных температурах для нагрева систему контроля включают за 15 мин до начала проверки.

САРПП-12 является бесшкальной системой контроля, поэтому для количественного отсчета величин измеряемых контролируемых данных она должна иметь на каждый контролируемый показатель тарировочный график. Тарирование измерительных каналов системы контроля полетных данных производится с целью определения градуировочной кривой (тарировочного графика) – зависимости ординат записи данных на ленте накопителя контролера полетных данных от величины измеряемого параметра прибора. Тарировочный график строится для каждого аналогового параметра системы контроля полетных данных. При нормальной работе бортовой системы контроля полетных данных тарирование производится по графику 1 раз в 6 месяцев.

Тарирование системы контроля полетных данных осуществляется или в лаборатории, или на летательном аппарате, причем оно может производиться с применением датчиков системы контроля или с помощью имитаторов датчиков контроля полетных данных (магазинов сопротивлений).

В системе САРПП-12ДМ тарирование канала системы контроля полетных данных производится только на вертолете. В системе САРПП-12ГМ тарирование канала осуществляется только на самолете. Перед тарированием системы в период 20—30 с производится пропись линий контролера полетных данных обесточенных вибраторов. Для тарирования применяется специальная контрольно-проверочная аппаратура наземных служб. При тарировании датчик подключается к КПА и к разъему согласующего устройства контрольного прибора. Регистрация на каждой тарируемой точке, обусловленной условиями тарирования прибора, производится в период 5—10 с.

Для дешифрирования регистрируемых параметров тарирования применяют прибор «Микрофот» типа 5ПО-1 с объективом Ю-8 или прибор ЭДИ-452, которые увеличивают фотопленку в 10 раз. Расшифровка регистрируемых параметров на фотопленке может производиться до 0,05 мм.

При расшифровке полученных данных прибора производятся измерение ординат линий обесточенных вибраторов и расшифровка линий регистрируемых параметров, соответствующих каждой тарируемой точке измерения. Полученные значения ординат заносят в таблицу данных, после чего тушью на миллиметровой бумаге в прямоугольной системе координатных линий строятся тарировочные графики данных.

На построенном тарировочном графике данных указываются: дата и цель тарирования системы контроля; номер системы контроля полетных данных САРПП-12ДМ(ГМ), датчика и вертолета (самолета), на котором они установлены; коэффициент увеличения прибора контроля, при котором строился график; ордината механического нуля; фамилии лиц, проводящих тарирование системы контроля полетных данных САРПП-12ДМ(ГМ), построение графика и контроль системы тарирования.

Дешифрирование полученных данных на фотопленке проводят с целью определения количественных значений параметров полетных данных. Для дешифрирования фотопленок необходимо использовать проекционную аппаратуру системы «Микрофот» или аппарат ЭДИ-452.

Дешифрирование можно производить двумя методами контроля:

1) методом считывания ординат записей полетных данных на фотопленке с экрана проекционной аппаратуры с последующим переводом этих ординат по тарировочным графикам в численные значения параметров полета;

2) непосредственным снятием значения параметра полетных данных с увеличенного проекционной аппаратурой изображения фотопленки с помощью специальных шаблонов.

Процесс дешифрирования контрольного прибора подразделяется на следующие виды проведения работ: подготовка фотопленки к дешифрированию; снятие ординат (значений) параметров полетных данных; оформление результатов полученных данных дешифрирования.

При подготовке фотопленки к проведению дешифрирования необходимо определить начало записи параметров полетных данных; определить принадлежность линии записи данных контролирующего прибора; разметить линии отметок времени на фотопленке; проверить соответствие механических нулей на фотопленке их значениям при тарировании.

При расшифровке необходимо на фотопленке найти базовую линию, для чего фотопленку с записями контролируемых полетных данных следует расположить так, чтобы эмульсионный слой пленки был сверху, а начало проводимых записей полетных данных, отмеченное буквой «Н» (начало) при зарядке кассеты в контролер, – слева, тогда базовая линия, отмеченная седьмым по счету разрывом, будет первой снизу на расстоянии 3—4 мм от края пленки. Фотопленку в фильмовой канал прибора «Микрофот» вставляют эмульсионным слоем вверх, тогда базовая линия на экране будет внизу прибора. В аппарате ЭДИ-452 эмульсионный слой фотопленки должен быть обращен к лампе подсвета дешифратора.

Принадлежность линий записи аналоговых параметров полетных данных определяют по периодически повторяющимся (через 35 с) разрывам в линиях записи полетных данных. Последовательность разрывов:

САРПП-12ГМ; САРПП-12ДМ:

  1-й разрыв – высота (Н); 1-й разрыв – высота (Н);

  2-й разрыв – скорость (Vпр); 2-й разрыв – скорость (Vпр);

  3-й разрыв – перегрузка (Ny); 3-й разрыв – управление шагом;

  4-й разрыв – частота вращения; 4-й разрыв – частота вращения двигателя (N); несущего винта (NНВ);

  5-й разрыв – перегрузка (Nx); 5-й разрыв – угол тангажа;

  6-й разрыв – отклонение стабилизатора (ст); 6-й разрыв – угол крена;

  7-й разрыв – базовая линия полетных данных; 7-й разрыв – базовая линия.

Разрывы появляются слева направо через каждые 3,5 интервала отметок времени записи полетных данных. Разовые команды N1—N5 фиксируются на фотопленке в виде прямых линий записи. Измеряя расстояние от базовой линии до линии записи той или иной разовой команды полетных данных и сравнивая это расстояние с паспортными данными прибора контроля, можно определить, к какой команде относится та или иная запись данных полета. Отметка времени производится в виде прямых вертикальных линий записи, прописываемых на фотопленке через определенные интервалы, указанные в паспорте на накопитель информации. (V – 1 мм/с, t = 10 с и при V 2,5 мм/с, t = 4 с).

Разметка линий времени на фотопленке необходима для привязки параметров полетных данных, записываемых системой контроля по времени проведения полетного задания, и для построения сводного графика изменения параметров контроля полетных данных. Разметку производят тушью или чернилами. Начало отсчета берется от момента взлета летательного аппарата. Разметка делается со стороны эмульсионного слоя на чистом поле пленки записи полетных данных через 3 или 6 интервалов.

Проверку соответствия механических нулей их значениям при тарировании и учет их смещения необходимо осуществлять из-за нестабильности исходных данных вибраторов контролирующего прибора в накопителях полетных данных контрольного устройства в процессе эксплуатации. Неучет смещения механических нулей прибора приводит к допускаемым по паспорту прибора погрешностям при дешифрировании. В начале пленки есть участок прописи механических нулей записи, их ординаты необходимо сравнить с полученными тарировочными данными. Если будет обнаружено несовпадение с осью ординат, то в тарировочные графики следует внести поправки на величину обнаруженного несовпадения записи, сместив график вверх или вниз на разность полученной ординаты механических нулей.

На экран прибора «Микрофот» укрепляется шкала от масштабной линейки по вертикальной оси устройства с расположением нуля с левой стороны экрана контрольного прибора. Фотопленка устанавливается в фильмовом канале контролера так, чтобы при проектировании на экран базовая линия находилась слева и совпадала с нулем шкалы линейки измерения. Измерение ординат ведется от базовой линии записи. Вначале измеряются ординаты нулевых линий записи, затем интересующие нас точки полетных данных. В работе принимают участие два подготовленных специалиста: один снимает значения оси ординат, другой фиксирует эти значения в протоколе дешифрирования полученных данных.

После получения значений параметров полетных данных контролирующего аппарата при необходимости строят сводный график дешифрирования данных. График строится на миллиметровой бумаге шириной около 29 см. По оси абсцисс откладывают время проведения замеров, по оси ординат – шкалы параметров полетных данных в единицах измерения. Масштабы этих шкал выбирают из условия получения диапазона измерения параметров полетных данных с учетом удобств при анализе результата. Масштаб времени по оси абсцисс выбирают в зависимости от длины дешифрируемого участка полетных данных. Преимущественно выбирается масштаб: 1 см – 10 с. По окончании построения сводного графика контролируемых полетных данных на нем ставит свою подпись лицо, проводившее раскодирование полетных данных по прибору контроля бортовых систем летательных аппаратов.

Вертолет

Вертолет – летательный аппарат, создание подъемной силы в котором происходит одним или несколькими несущими винтами, с вертикальными взлетом и посадкой. Определение «вертолет» введено вместо зарубежного «геликоптер».

Вертолеты взлетают вертикально вверх без предварительного разбега, неподвижно «висят» над одним местом и производят вертикальную посадку без предварительного пробега, допуская поворот вокруг вертикальной оси в любую из сторон, производят полет в горизонтальном направлении со скоростями от нуля до максимальной. При вынужденной или принудительной остановке силовой установки во время полета вертолет может совершить планирующий полет, спуск и посадку, используя самовращение несущих винтов (авторотацию). Во избежание срыва потока с лопастей, стабилизации и для увеличения скорости полета многие вертолеты имеют небольшое крыло, позволяющее разгружать несущие винты. В зависимости от способа уравновешивания реактивного момента несущего винта вертолеты подразделяются на:

  1) одновинтовые (с хвостовым винтом или с реактивным приводом несущего винта);

  2) двухвинтовые:

а) продольной схемы;

б) соосные;

в) с перекрещивающимися осями несущих винтов;

г) с поперечным расположением несущих винтов, или поперечной схемы;

  3) многовинтовые.

Из них широкое распространение получили вертолеты одновинтовые с хвостовым винтом (без крыла и с крылом); двухвинтовые соосные и вертолеты с продольной схемой расположения несущих винтов.

Вертолеты одновинтовой схемы

Одновинтовая схема включает в себя несущий и рулевой винты. Несущий винт (НВ) вертолета, как уже было отмечено, создает подъемную и движущую силы. Рулевой винт (РВ) в первую очередь необходим для уравновешивания реактивного момента НВ, а также обеспечения управляемости и устойчивости вертолета одновинтовой схемы расположения. РВ установлен на концевой (хвостовой) балке. Вращение РВ производится от главного редуктора валом хвостовой трансмиссии при помощи промежуточного и хвостового редукторов вертолета. Диаметр РВ меньше диаметра НВ, а частота вращения РВ значительно больше. РВ имеет большой диапазон изменения углов установки лопасти (до 30°) – от положительных на обычных режимах полета до отрицательных на режиме самовращения НВ и при интенсивных левых разворотах вертолета. Рулевой винт бывает тянущим и толкающим. РВ большинства типов вертолетов – толкающий, установлен справа по полету на концевой балке. При такой компоновке повышается аэродинамическая эффективность винта и устанавливается предел дополнительной динамической нагрузки концевой (килевой) балки воздушным потоком, отбрасываемым РВ.

Вращение НВ синхронизировано с РВ, так как при изменении скорости вращения НВ в равной степени изменяется скорость вращения РВ. Втулки РВ применяют с совмещенными или разнесенными горизонтальными шарнирами, осевыми шарнирами, как правило, без вертикальных шарниров, а также втулки на кардановом подвесе. Агрегат типа автомата перекоса (АП) у РВ отсутствует, а управляют силой тяги РВ изменением угла атаки (установки) лопастей. Углом атаки лопастей управляют при помощи педалей из кабины экипажа, обеспечивая поворот вертолета по горизонтальной оси (курсу). В прямолинейном полете действие силы тяги РВ перпендикулярно направлению полета вертолета.

Если НВ производит вращение по часовой стрелке, перемещение вперед правой педали (из кабины экипажа) вызовет уменьшение угла атаки лопастей и, как следствие, силы тяги РВ. Это создаст курсовой управляющий момент, под действием которого летательный аппарат начнет поворачиваться вправо по курсу движения. При перемещении вперед левой педали (из кабины экипажа) увеличится угол атаки лопастей, что вызовет увеличение силы тяги РВ, и летательный аппарат осуществит поворот по курсу влево. Однако при развороте летательного аппарата по вращению НВ увеличится нагрузка на хвостовую трансмиссию. Превышение нормально допустимого (установленного исходя из расчетных и конструктивных особенностей летательного аппарата) темпа роста этой нагрузки нежелательно. Для избежания увеличения силы нагрузки на хвостовую трансмиссию при резком воздействии правой педали и системе курсового управления современных вертолетов применяют специальный демпфер, ограничивающий скорость перемещения педалей управления вертолета.

Поскольку сила тяги РВ и уровень нагрузки хвостовой трансмиссии пропорциональны плотности наружного воздуха, в системе путевого управления иногда устанавливают подвижный упор, автоматически ограничивающий максимальный угол установки лопастей рулевого винта при уменьшении температуры и увеличении давления наружного воздуха. При уменьшении плотности (увеличении температуры) наружного воздуха подвижный упор автоматически убирается.

В современном вертолетостроении в последнее время часто используют многолопастный РВ в кольцевом канале киля (фенестрон). Такая конструкция имеет несколько существенных преимуществ: уменьшается вредное сопротивление вертолета, предотвращаются задевание вращающимися лопастями РВ за наземные естественные препятствия при маневрировании на предельно допустимых малых высотах, а также травмирование при работе летательного аппарата на земле. Эффективность фенестрона существенно выше, чем открытого рулевого винта при равных диаметрах крыльчатки, поскольку диаметр фенестрона в 2 раза меньше, чем диаметр открытого рулевого винта. Он требует для создания одинаковой тяги большей мощности. Кроме того, выпускают вертолеты с так называемым Х-образным, четырехлопастным рулевым винтом. РВ такого типа обладает превосходством перед обычным (с равномерным азимутальным распределением лопастей) по уровню шума и уменьшению неблагоприятного воздействия на лопасти концевых вихревых шнуров, генерируемых соседними лопастями.

Основной расчетный режим вращения РВ – зависание летательного аппарата. В режиме зависания рулевой винт создает максимальную для существующих режимов полета вертолета силу тяги, которая требуется для уравновешивания реактивного момента НВ. Существует оригинальное конструкторское решение компенсации реактивного момента – NOTAR (NoTail Rotor – без рулевого винта).

Вместо рулевого винта на килевой части хвостовой балки устанавливается специальный агрегат, в сопла которого подается воздух от вентилятора, установленного в кормовой балке и имеющего привод от силовой установки.

Струйная система путевого управления и компенсации реактивного момента обеспечивает достаточно высокую маневренность и снижает уровень вибраций.

В конце 1970-х гг. эксперименты по созданию летательного аппарата без рулевого винта начались в США. Впервые эта концепция была применена на базе вертолета ОН-6А, первый полет которого проводился в декабре 1981 г. К достоинствам одновинтовой схемы относят относительную простоту агрегата и дешевизну конструкции. Одним из главных недостатков одновинтовой схемы расположения является срыв потока на отступающей лопасти, проявляющийся на больших расчетных скоростях. Именно это основная причина, ограничивающая скорость полета летательного аппарата. Следует обратить внимание также на возможность перехлеста лопасти НВ с кормовой балкой на некоторых одновинтовых летательных аппаратах. Данная опасность вполне реальна в первую очередь при нахождении вертолета в земном положении в случаях раскрутки, замедлении и остановки НВ при сильном ветре и взаимного влияния НВ соседних вертолетов и других типов летательных аппаратов на стоянке; при действии на несущий винт нисходящего потока от другого вертолета, пролетающего над вертолетной площадкой на высоте более 40 м.

В полете такая опасность возникает вследствие активного торможения резким переводом вертолета из пикирования в кабрирование (при больших скоростях горизонтального полета), турбулентности атмосферы и режима вихревого кольца. Для избежания перехлеста лопасти с кормовой балкой запрещается снижать обороты НВ ниже допустимых пределов для сохранения допустимого угла конуса лопасти НВ.

Соосная схема НВ двухвинтового летательного аппарата – это два винта одинакового диаметра, расположенных на одной оси и вращающихся в противоположные стороны. Реактивные моменты верхнего и нижнего винтов взаимно уравниваются. Верхний и нижний винты в соосной схеме разнесены по вертикали для предотвращения схлестывания лопастей. Верхний винт засасывает воздух из воздушного пространства и создает поток, отбрасываемый на нижний винт. Воздействие потока верхнего винта вызывает уменьшение угла атаки и, соответственно, подъемной силы нижнего винта. Последствием сужения нисходящего потока, отбрасываемого верхним винтом, радиально удаленные участки лопастей нижнего винта работают на режимах, подобных верхним лопастям, при этом радиально удаленные участки лопастей нижнего винта засасывают небольшое количество воздуха из окружающего пространства.

Соосный НВ вовлекает в движение воздушную массу, на 20% большую, чем НВ летательного аппарата одновинтовой схемы расположения. Так как воздушный поток верхнего винта закручен в противоположную сторону вращению нижнего винта, окружные скорости обтекания сечений лопастей нижнего винта возрастают на величину скорости закрутки, что значительно улучшает аэродинамическую эффективность соосной схемы. Аэродинамическая эффективность соосной винтовой схемы всегда на 3—10% выше, чем у НВ вертолета одновинтовой схемы. Диаметр соосного НВ несколько меньше, чем у одновинтового, поэтому в режиме зависания при одинаковых условиях соосный вертолет требует несколько большей мощности силовой установки, чем одновинтовой. Практически же отсутствие РВ и хвостовой трансмиссии обеспечивает соосному вертолету значительно меньшую массу собственной конструкции и большую удельную массу полезной нагрузки при равной с сопоставимым одновинтовым вертолетом полетной массе, а отсутствие затрат мощности силовой установки на привод РВ (на одновинтовых вертолетах затраты составляют около 10% от мощности двигателей) – больший статический потолок при одинаковой мощности двигателей и полетной массе. При зависании на равной малой высоте от колес шасси до поверхности земли положительное воздействие воздушной подушки оказывается меньшим, чем для одновинтового летательного аппарата.

В режиме горизонтального полета на высокой скорости соосный НВ имеет более высокое лобовое сопротивление, чем одновинтовой НВ, что понижает максимальную скорость полета летательных аппаратов соосной схемы. Курсовое управление вертолетом (развороты и повороты) осуществляется в основном дифференциальным (раздельным) изменением реактивных моментов несущих винтов и отклонением рулей направления (размещенных на киле), а продольно-поперечное управление – одновременным изменением направления тяги верхнего и нижнего винтов. Важной особенностью соосного вертолета является установка двух автоматов перекоса на одной колонке. Для обеспечения путевой балансировки вертолета, выравнивания крутящих моментов винтов при нейтральном положении педалей управления на режиме зависания углы атаки лопастей нижнего винта преимущественно несколько больше, чем у верхнего винта. Принципиальное значение для соосной несущей системы играет расстояние между втулками верхнего и нижнего винтов. Увеличение этого расстояния утяжеляет и усложняет конструкцию колонки НВ, ухудшает устойчивость вертолета на земле. Уменьшение же данной величины вызывает опасное сближение лопастей винтов. Поэтому разработчики добиваются компромиссного решения, наилучшим образом удовлетворяющего противоречивым требованиям аэродинамики, динамической прочности и надежности вертолета.

Благодаря отсутствию РВ и хвостовой трансмиссии, а также незначительной зависимости суммарной силы тяги НВ от угловой скорости на соосном летательном аппарате нет ограничений по угловой скорости разворота на зависании (скорости дачи педалей), присущих одновинтовому вертолету. Преимущественно отрицательной особенностью соосной схемы расположения НВ является возможность перехлеста лопастей верхнего и нижнего НВ. Такая возможность в принципе рассматривается и становится реальна при достаточно сильном сближении лопастей, что обусловлено завалом конусов вращения несущего винта в диаметрально противоположных направлениях на высоких темпах горизонтального полета (особенно при выполнении активного торможения резким переводом летательного аппарата из пикирования в кабрирование), турбулентностью атмосферы, дифференциальным изменением шага винтов и режимом вихревого кольца. Опасным в данном случае является режим раскрутки и остановки НВ при сильном ветровом потоке вследствие упругости лопастей, не растянутых центробежными силами.

Силовая установка современных вертолетов состоит преимущественно из двух газотурбинных (турбовальных) двигателей и обеспечивающих их систем (топливной, смазки, автоматического управления, противообледенительной и др.).

Передача крутящего момента от силовой установки к НВ происходит при помощи муфт свободного хода и главного редуктора, а к рулевому винту – с помощью промежуточного и хвостового редукторов, валов и муфт кормовой трансмиссии. Муфта свободного хода передает крутящий момент выходного вала силовой установки за счет сил трения, возникающих при заклинивании роликов среди рабочих поверхностей ведущего и ведомого звеньев. Управление мощностью обоих силовых агрегатов синхронизировано с управлением общим шагом НВ и осуществляется рычагом «шаг – газ», воздействующим через гидроусилитель на ползун автомата перекоса, а также одновременно на дроссели топливных насосов силовых агрегатов. При воздействии на рычаг «шаг – газ» вверх увеличиваются угол атаки лопастей и соответственно тяга НВ с одновременным увеличением мощности силовых агрегатов.

На переходных режимах полета управление силовой установкой осуществляется агрегатами системы автоматического управления (САУ). Главным регулирующим фактором автоматического управления силовой установкой служит подача топливной смеси в камеры сгорания силовых агрегатов. Регулируемым параметром на крейсерских и номинальных режимах работы силового агрегата является частота вращения ротора свободной турбины (значит, и НВ). При этом во всем расчетном эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета летательного аппарата САУ обеспечивает преимущественно стабилизацию частоты вращения свободной турбины. На режимах полета «Малый газ» и «Взлетный» в качестве регулируемого параметра используется, как правило, частота вращения ротора турбокомпрессора. Система автоматического управления обеспечивает стабильную работу камеры сгорания силового агрегата на режиме малого газа.

Для повышения высоты полета пилот изменяет положение рычага «шаг – газ» вверх. С помощью гидроусилителя увеличиваются общий шаг (угол атаки) и потребная мощность несущего винта, которая сразу же становится больше располагаемой мощности силовых агрегатов. Вследствие этого частота вращения НВ начинает уменьшаться – НВ «нагружается» («затяжеляется»). Как только происходит уменьшение частоты вращения НВ и жестко связанной с винтом свободной турбины силового агрегата, регулятор частоты вращения свободной турбины увеличит подачу топлива в силовой агрегат. Вместе с тем при перемещении вверх рычага «шаг – газ» происходит механическое изменение положения регулятора частоты вращения турбокомпрессора на ускоренный режим работы системы.

В результате частота вращения турбокомпрессора и, как следствие, мощность двух двигателей синхронно увеличатся, а частота вращения несущего винта восстановит свое прежнее значение. Однако выход двигателя на новый режим повышенной мощности занимает некоторое время, в течение которого частота вращения НВ отклоняется от своего заданного значения. Желательно уменьшить этап переходного процесса, для чего и применяют механическую переналадку регулятора вращения ротора турбокомпрессора на повышенный режим работы. Резкое увеличение подачи топлива при разгоне двигательной установки может вызвать опасный перегрев деталей газовоздушного тракта из-за переобогащения смеси, срыв пламени в камере сгорания, неустойчивую работу компрессора.

Для обеспечения нормального (конструктивно-расчетного) разгона ротора турбокомпрессора рычаг управления регулятором подачи топлива требуется перемещать в плавном темпе. А поскольку этот рычаг кинематически связан с рычагом «шаг – газ», требуемый замедленный темп его перемещения не может быть обеспечен, особенно в усложненных и особо сложных полетных ситуациях. Для безопасности и автоматизации процесса разгона ГТД в систему его регулирования включен автомат приемистости, задающий подачу топлива при разгоне в зависимости от расчетных параметров рабочего процесса силового агрегата или в зависимости от времени. Время приемистости – время от начала изменения положения рычага управления силовой установкой до достижения заданной мощности. Приемистость двигателя делят на полную или частичную. Время полной приемистости некоторых эксплуатируемых вертолетных турбовальных ГТД (МИ 8) составляет 8—15 с, что ограничивает в некоторой мере маневренные возможности летательного аппарата. Процесс уменьшения мощности силового агрегата при достаточно плавном и медленном перемещении рычага управления на уменьшение режима – дросселирование. Время дросселирования – время от начала изменения положения рычага управления силового агрегата до достижения заданной мощности.

Процесс быстрого уменьшения мощности силового агрегата при резком изменении положения рычага управления принято называть сбросом мощности (газа). Этот процесс считается предельным случаем дросселирования. Скорость уменьшения подачи топлива при дросселировании силового агрегата имеет не менее важное значение в обеспечении надежности и устойчивости его работы, чем скорость увеличения подачи топлива при разгоне. При мгновенном уменьшении подачи топлива возникает опасность срыва пламени в камере сгорания и самовыключения силового агрегата. Для предупреждения этого процесса используется тот же автомат приемистости. Кроме того, в САУ включен клапан минимального давления. Благодаря этому при резком отклонении пилотом рычага «шаг – газ» вниз дросселирование двигателя осуществляется гораздо медленнее, по «своему» закону.

Для установления потребной мощности вертолета в различных полетных условиях двигательные агрегаты могут работать в следующих основных режимах:

  1) малого газа, на котором обеспечивается устойчивая работа двигателей с минимальной частотой вращения турбокомпрессора для прогрева двигательной установки после запуска и при полете летательного аппарата на режиме самовращения НВ без выключения силового агрегата. Для ограничения температурных и вибрационных напряжений деталей двигателей время непрерывной работы на этом режиме не должно превышать 20 мин. Поскольку время работы силового агрегата на этом режиме не ограничивается, он, как правило, используется при выполнении маршрутных полетных заданий на дальность или специальных заданий на максимальную продолжительность полета;

  2) номинальном, время непрерывной работы на котором ограничено по условиям прочности деталей двигателей – 1 ч. Данный режим используют при взлете вертолета и зависании у земли, наборе высоты, полете с максимальной скоростью и нормальной полетной массой в благоприятных атмосферных условиях. По расчетно-конструктивным условиям прочности деталей двигателей время непрерывной работы на этом режиме ограничено – 6 мин.

Взлетный режим используют при взлете, зависании и наборе высоты вертолета с полетной массой больше нормальной, в условиях повышенной температуры окружающего воздуха или барометрической высоты взлетной площадки, а также при полете на одном двигателе. В основном мощность двигателей на номинальном режиме составляет 85—90%, а на крейсерском – 70—80% от взлетной. При проведении взлета по ветру и полете на предельно малых допустимых высотах в штилевую погоду в воздухозаборники турбокомпрессора вертолета могут попадать горячие отработанные газы, посторонние предметы (частицы песка и соль при полете над морем и т. д.). Посторонние предметы, попадая в турбокомпрессор, повреждают лопатки турбокомпрессора, что значительно уменьшает срок его службы и может привести к аварийным ситуациям. Отработанные газы ухудшают производительность турбокомпрессора. Поэтому на воздухозаборники устанавливаются специальные фильтры (уменьшающие производительность работы турбокомпрессора), а также на некоторых летательных аппаратах забор воздуха при взлете происходит через воздухозаборники или специальные устройства.

После набора соответствующей высоты и разгона до определенной скорости вертолета данные устройства отключаются и работают основные воздухозаборники.

Несмотря на принятые технические усовершенствования, во избежание преждевременного износа турбокомпрессоров, выхода из строя силовых агрегатов и аварийных ситуаций не рекомендуется взлетать против ветра, затягивать взлет в штиль и летать на минимальных высотах над загрязненной и песчаной поверхностью с низкой скоростью. Также не рекомендуются низкие полеты над морем.

Корпус вертолета включает фюзеляж, стабилизатор, киль и иногда крыло. Форма фюзеляжа определяется конструктивной схемой, аэродинамической компоновкой, назначением и условиями эксплуатации летательного аппарата. Поскольку над центральной частью фюзеляжа располагаются гондолы силовых агрегатов, редукторного и вентиляторного отсеков и неубирающиеся шасси. Фюзеляж вертолета соосной схемы расположения винтов отличается меньшим удлинением, большей симметрией и компактностью. Для уменьшения лобового сопротивления фюзеляжа в горизонтальном полете ось вала НВ иногда выполняют наклоненной вперед относительно вертикальной оси вертолета на угол 4—6°. В результате этого фюзеляж на крейсерской скорости полета располагается приблизительно по потоку. Кроме того, фюзеляж некоторых одновинтовых вертолетов сконструирован так, что ось вала НВ отклонена от вертикальной оси вертолета вправо на угол 2—3°, если смотреть по полету сзади.

Благодаря этому уменьшается расчетное потребное для балансировки накренение вертолета вправо на зависании и малых скоростях полета, а также обеспечивается эффективный вертикальный взлет вертолета с одновременным отрывом от земли основных стоек шасси. Крыло не обязательно для проведения полета вертолета, а на режимах зависания, вертикальных перемещений, малых и сверхмалых скоростей горизонтального полета оно уменьшает весовую отдачу машины. При установке крыла на вертолет преследуют две основные цели: частичную разгрузку (до 20%) НВ на больших скоростях полета, подвеску различного оборудования. Крыло устанавливают в центральной части фюзеляжа позади центра масс вертолета. Стабилизатор предназначен для улучшения характеристик продольной балансировки и устойчивости вертолета. Применяют неуправляемый и управляемый стабилизаторы.

Управление стабилизатором сблокировано с управлением общим шагом несущего винта таким образом, что при увеличении общего шага НВ увеличивается и угол атаки стабилизатора. Это способствует улучшению продольной балансировки и управляемости вертолета.

Стабилизатор размещают на конце хвостовой балки для максимально возможного увеличения расстояния до центра масс вертолета, а также уменьшения вредного индуктивного воздействия НВ. На одновинтовых вертолетах с длинной хвостовой балкой площадь стабилизатора значительно меньше, чем на соосных. Компоновка соосного летательного аппарата, как правило, конструктивно не позволяет произвести необходимый вынос стабилизатора, для этого увеличивают его площадь для обеспечения хорошей продольной устойчивости. Киль при одновинтовой схеме летательного аппарата, так же как и крыло, не обязателен для полета вертолета, а на взлетно-посадочных режимах он ухудшает летные показатели вертолета. Однако при наличии концевой балки разумно превратить ее в киль. Благодаря этому достигаются две необходимые цели: частичная разгрузка РВ на больших скоростях полета и существенное повышение курсовой устойчивости вертолета. Кроме того, в киле размещается фенестрон.

Как правило, киль имеет толстый несимметричный профиль, трапециевидную форму в плане (при виде сбоку), расположен под углом 30—60° к продольной оси хвостовой балки и повернут влево относительно вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа на угол 5—7°. На режиме горизонтального полета летательный аппарат создает боковую аэродинамическую силу, совпадающую с направлением силы тяги РВ.

Единственное средство обеспечения на соосном вертолете путевой устойчивости – его киль. Благодаря компактной аэродинамической компоновке планера вынос киля от центра масс вертолета сравнительно небольшой. Поэтому на соосных вертолетах устанавливают, как правило, мощное вертикальное оперение с рулями поворота. Последние помогает улучшению путевой управляемости вертолета на режимах горизонтального полета.

История вертолетостроения в России связана с именем ученого-естествоиспытателя М. В. Ломоносова, построившего летающую модель вертолета.

В СССР созданы вертолеты поперечной схемы «Омега»; Г-3, -4; Б-11 (ОКБ И. П. Братухина). В 1947 г. организовано ОКБ М. Л. Миля, в котором был создан ряд первоклассных вертолетов. Серийное производство вертолетов в СССР начато в 1951 г. выпуском Ми-1 (пробный полет состоялся в 1948 г.). Затем появились одновинтовые вертолеты Ми-4, -6, -10, -2, -8, -24, -26, -28 и вертолеты поперечной схемы В-12. В ОКБ Н. И. Камова были разработаны соосные вертолеты Ка-8, -10, -15, -18, -25К, -29, -32, -50, винтокрыл Ка-22.

В 1950-х гг. создан вертолет продольной схемы Як-24 ОКБ А. С. Яковлева. По назначению вертолеты подразделяются на вертолеты гражданской авиации и военные. Военные вертолеты делятся на боевые (противотанковые, огневой поддержки, противолодочные), транспортно-боевые (многоцелевые, общего назначения), транспортно-десантные и специальные.

Боевые вертолеты (БВ) составляют ударную силу армейской авиации. БВ предназначен для уничтожения и подавления наземных целей и вертолетов противника, прикрытия и сопровождения транспортно-боевых и транспортнодесантных вертолетов. Особое внимание уделяется борьбе с танками и другими бронированными целями. Перспективные БВ должны эффективно решать эти задачи как днем, так и ночью.

Комплекс вооружения БВ может включать противотанковые ракетные комплексы (ПТРК), неуправляемые ракеты, пушки (калибр до 30 мм), гранатометы (до 40 мм), пулеметы (7,62 и 12,7 мм), авиационные бомбы, зажигательные баки, а также управляемые ракеты класса «воздух – воздух»; тактический радиус действия – 400—500 км. Экипаж БВ, как правило, 2 человека.

Боевая живучесть БВ повышается за счет применения брони, установки комплексов РЭБ и т. п. Основные зарубежные БВ: огневой поддержки – АН-18 «Кобра-Toy», AH-64A «Апач» (США), Во-105Р (ФРГ), SA-342M «Газель», SA-365M «Дофин 2» (Франция), многоцелевые – UH-60A «Блэк Хок» (США), WG-13 «Линкс» АН 1 (Великобритания) и др. Примером российских БВ являются Ми-28, Ка-50. В военных целях вертолеты были использованы французскими войсками во время воины в Алжире (в конце 1950 – начале 1960-х гг.). США применяли вертолеты в войнах в Корее (1950—1953) и во Вьетнаме (1965—1973). Вертолеты применялись во время боевых действий на Ближнем Востоке (1967, 1973, 1991), в войне Ирана с Ираком, в Афганистане. В ВМС ряда стран вертолеты используются для противолодочной обороны, обнаружения кораблей противника, целеуказания корабельным системам наведения, а также для поисково-спасательных работ на море. Для обнаружения ПЛ используются опускаемые с вертолетов гидроакустические станции, магнитометры, радиогидроакустические буи, РЛС и другие средства.

Поражение ПЛ предполагается осуществлять с помощью самонаводящихся торпед и противолодочных глубинных бомб. Вертолеты могут базироваться на кораблях (судах), оборудованных полетными палубами (взлетно-посадочными площадками). Основные зарубежные противолодочные вертолеты: SH-3H «Си Кинг», SH-60B «Си Хок» (оба – США). В российском ВМФ противолодочными вертолетами являются Ка-25 и Ка-27.

Воздушно-реактивный двигатель

Воздушно-реактивный двигатель (ВРД) – реактивный двигатель, в котором воздух является основным компонентом рабочего тела. При этом воздух, поступающий в двигатель из окружающей атмосферы, подвергается сжатию и нагреву.

Нагрев осуществляется в камерах сгорания путем сжигания горючего (керосина и др.) с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя. В случае применения ядерного топлива воздух в двигателе нагревается в специальных теплообменниках. По способу предварительного сжатия воздуха ВРД подразделяются на бескомпрессорные и компрессорные (газотурбинные).

В бескомпрессорных ВРД сжатие осуществляется только за счет скоростного напора воздушного потока, набегающего на двигатель в полете. В компрессорных ВРД воздух дополнительно сжимается в компрессоре, приводимом во вращение газовой турбиной, поэтому их называют еще турбокомпрессорными или газотурбинными двигателями (ГТВРД). В компрессорных ВРД нагретый газ высокого давления, отдавая часть своей энергии газовой турбине, вращающей компрессор, попадая в реактивное сопло, расширяется и выбрасывается из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Это и создает силу тяги. Такие ВРД относят к двигателям прямой реакции. Если же часть энергии нагретого газа, отданная газовой турбине, становится значительной и турбина при этом приводит во вращение не только компрессор, но и специальный движитель (например, воздушный винт), обеспечивающий к тому же создание основной силы тяги, то такие ВРД называются двигателями непрямой реакции.

Использование воздушной среды в качестве компонента рабочего тела позволяет иметь на борту ЛА только одно горючее, доля которого в объеме рабочего тела в ВРД не превышает 2—6%. Эффект подъемной силы крыла позволяет осуществлять полет с тягой двигателя, которая существенно ниже массы ЛА. Оба эти обстоятельства предопределили преимущественное применение ВРД на ЛА при полетах в атмосфере. Особенно широко распространены компрессорные газотурбинные ВРД, являющиеся основным типом двигателей в современной военной и гражданской авиации.

При больших сверхзвуковых скоростях полета (М > 2,5) повышение давления только за счет динамического сжатия воздуха становится достаточно большим. Это позволяет создавать бескомпрессорные ВРД, которые по виду рабочего процесса подразделяются на прямоточные (ПВРД) и пульсирующие (ПуВРД). ПВРД состоит из входного устройства (воздухозаборника), камеры сгорания и выходного устройства (реактивного сопла). В сверхзвуковом полете встречный поток воздуха тормозится в каналах воздухозаборника, и его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда через форсунку впрыскивается горючее (керосин). Горение керосиново-воздушной смеси в камере (после предварительного ее воспламенения) осуществляется практически при мало изменяющемся давлении. Нагретый до высокой температуры (более 2000 К) газ высокого давления ускоряется в реактивном сопле и истекает из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Параметры ПВРД в значительной степени зависят от высоты и скорости полета.

При скоростях полета, меньших двойной скорости звука (М < 2,0), эффективность ПВРД резко падает. При больших сверхзвуковых скоростях полета (М > > 5,0—6,0) обеспечение высокой эффективности ПВРД сопряжено с трудностями организации процесса горения в сверхзвуковом потоке и другими особенностями высокоскоростных течений. ПВРД находят применение в качестве маршевых двигателей сверхзвуковых крылатых ракет, двигателей вторых ступеней зенитных управляемых ракет, летающих мишеней, двигателей реактивных винтов и др.

Реактивное сопло также имеет изменяемые размеры и форму. Взлет самолета с ПВРД обычно производится с помощью ракетных силовых агрегатов (на жидком или твердом топливе). Преимущества ПВРД – способность эффективно работать на высоких скоростях и высотах полета, чем компрессорные ВРД; более высокая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (так как в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится как компонент топлива), простота конструкции и др.

К их недостаткам относят необходимость предварительного разгона ЛА другими типами двигателей, низкую эффективность на малых скоростях полета.

В зависимости от скорости ПВРД подразделяют на сверхзвуковые (СПВРД) при М от 1,0 до 5,0 и гиперзвуковые (ГПВРД) при М > 5,0. ГПВРД перспективны для воздушно-космических аппаратов. ПуВРД отличаются от ПВРД наличием специальных клапанов на входе в камеру сгорания и пульсирующим процессом горения. Горючее и воздух поступают в камеру сгорания периодически, когда клапаны открыты. После сгорания смеси давление в камере сгорания повышается, и входные клапаны закрываются. Газы с высоким давлением с большой скоростью устремляются в специальное выходное устройство и выбрасываются из двигателя. К концу их истечения давление в камере сгорания значительно снижается, клапаны снова открываются, и цикл работы повторяется. ПуВРД находили ограниченное применение в качестве маршевых двигателей дозвуковых крылатых ракет, в авиамоделях и др.

Гидросамолет

Гидросамолет (гидроплан) – самолет, взлетающий с водной поверхности и садящийся на нее, может маневрировать на воде. Гидроплан обладает некоторыми свойствами:

  1) плавучестью – способностью гидросамолета плавать;

  2) непотопляемостью – способностью после затопления нескольких отсеков фюзеляжа и поплавков сохранять плавучесть и остойчивость;

  3) остойчивостью – способностью при отклонении от исходного равновесия возвращаться в первоначальное положение;

  4) мореходностью – способностью гидросамолета при определенном мореходном волнении и ветре производить маневрирование, дрейф, плавание на воде, также производить взлет и посадку на воду.

Гидроплан обладает достаточной для нормального взлета с водной поверхности тяговооруженностью. Гидроплан конструируется преимущественно по схеме высокоплана с высокорасположенными над фюзеляжем двигателями во избежание их забрызгивания или заливания водой. Летающая лодка – основной тип гидроплана. Получили распространение также поплавковые гидропланы, преимущественно двухпоплавковые. Схема из двух поплавков обладает остойчивостью. Двухпоплавковые гидропланы по сравнению с летающей лодкой имеют большее аэродинамическое сопротивление и увеличенную массу конструкции. Гидросамолеты однопоплавковой схемы имеют небольшую полетную массу, применяются при взлете с помощью катапульты, размещенной на носителе, с посадкой на воду. Нередки случаи переделки легких и сверхлегких самолетов сухопутной авиации в поплавковые. Амфибии, снаряженные сухопутным шасси гидросамолета, способны взлетать как с сухопутного аэродрома, так и с водной поверхности, садиться на сухопутный аэродром и на водную поверхность. Существуют гидропланы особого типа, которые представляют собой самолеты лодочной конструкции, оборудованные дополнительными взлетно-посадочными агрегатами в виде подводных крыльев и гидролыж, убирающихся в полете. Установка этого взлетно-посадочного оборудования улучшает мореходные и гидродинамические характеристики, но усложняет конструкции и увеличивает массу гидросамолета.

В 1910 г. А. Фабром был продемонстрирован первый удачный полет гидросамолета. В 1913 г. Д. П. Григорович приступил к строительству российского гидросамолета.

В последующем в этой области проводились разработки А. Н. Туполевым, А. К. Константиновым, Р. Л. Бартини, Г. М. Бериевым, В. Б. Шавровым, И. В. Четвериковым и другими конструкторами.

Были созданы гидросамолеты Ант-7, Ант-27, М-5, М-9, М-12, М-24, Бе-2, Бе-4, Бе-10, Бе-12, Р-1, Че-22, Ш-7, ЛЛ-143, ПЛЛ-144, Savoia-Marchetti MБР-4, Vought OS2U Kingfisher и др.

Грузовой самолет

Грузовой самолет – это летательный аппарат для перевозки грузов, почты, техники с сопровождающим персоналом. Грузовые самолеты обладают повышенными грузоподъемностью, габаритными размерами и объемом грузовой кабины. Важнейшие характеристики – себестоимость перевозок и часовая производительность. Грузовые самолеты, как правило, имеют грузовую кабину, где размещается и швартуется груз, она оснащена трапами, оборудованием для погрузочно-разгрузочных работ и сброса техники и грузов в воздухе, имеет большие грузовые двери. Также возможна транспортировка грузов на внешней, гибкой подвеске. Грузовые перевозки до 1940-х гг. производились на пассажирских и грузопассажирских самолетах с грузолюком. Специализированный грузовой самолет с хвостовым люком впервые спроектирован в 1944 г. в США – Фэрчайлд С-82 «Пэкет». Специализированный грузовой самолет в Советском Союзе впервые разработан в 1956 г. (Ан-8), 1957 г. (Ан-12), 1965 г. (Ан-22) «Антей» – первый в мире широкофюзеляжный (6 м) грузовой самолет.

Грузопассажирский самолет

Грузопассажирский самолет – быстро конвертируемая модификация пассажирских самолетов. Во время конструирования базовой модели самолета в фюзеляже предусматриваются усиленный пол, агрегаты крепления грузов и грузовая дверь. Конструируются пассажирские самолеты, на которых грузы располагаются в подпольных грузовых помещениях, что позволяет полностью использовать грузоподъемность самолета, при этом переоборудование отпадает. Основная цель грузопассажирских самолетов – более эффективное использование грузоподъемности летательного аппарата.

Дирижабль

Дирижабль (от фр. dirigeable – «управляемый») – управляемый аэростат с двигательным агрегатом. Имеет обтекаемый корпус, одну или несколько гондол, оперение. Первый официальный полет на управляемом аэростате с паровым двигательным агрегатом совершил А. Жиффар (H. Giffard, 1852 г., Франция). Дирижабль – самоуправляемый самолет, внутри него расположен большой шарообразный контейнер, где находится газ (например, широко известный малый дирижабль Goodyear, надутый до предела, весит всего 150 фунтов, или 68 кг). В качестве газа для воздушного корабля обычно применяют гелий или нагретую воздушную смесь, поскольку они не являются летучими. Раньше, когда у людей не было гелиевого газа, воздушные корабли наполнялись водородом, но поскольку он огнеопасен, это иногда приводило к катастрофам. Самая известная катастрофа – взрыв 6 мая 1937 г., уничтоживший «Хиндснбург» (немецкий цеппелин). В наши дни воздушные летательные аппараты – это безопасные, хитроумно устроенные летательные средства.

До 1950-х гг. их использовали для транспортировки пассажиров, грузов, научных и военных целей; в 1970-х гг. разработка и производство дирижаблей в ограниченных масштабах возобновлены (например, в Германии, Франции).

Транспортные заправщики

Транспортный заправщик – самолет, предназначенный для дозаправки летательных аппаратов топливом в полете. В оборудовании самолета-заправщика имеются дополнительные топливные баки, перекачивающий насос, гибкий шланг с конусным приспособлением и датчиком топлива на конце, лебедка для шланга.

Некоторые самолеты-заправщики вместо шланга имеют жесткую телескопию, штангу (трубу). Заправляемый самолет должен иметь расположенный обычно в носовой части фюзеляжа топливоприемник в виде телескопической штанги, вводимой в конус с датчиком топлива, или другое специальное приемное устройство.

Первые опыты по дозаправке самолетов в полете проводились в 1923 г. американскими летчиками Смитом и Рихтером и носили рекламно-спортивный характер. В Советском Союзе заправка самолета впервые была осуществлена в 1933 г., когда самолет-разведчик Р-5 дозаправлялся с бомбардировщика ТБ-1 при помощи системы, разработанной под руководством А. К. Запанованного. В Великобритании успешная дозаправка бомбардировщика проведена в 1934 г. Во время Второй мировой войны получали топливо в воздухе над Атлантическим океаном американские и английские бомбардировщики. С 1950—1960-х гг. дозаправка самолетов в полете получила широкое применение во многих странах. Наиболее распространена система дозаправки с гибким шлангом (типа «конус»).

При этом на заправляемом самолете имеется топливоприемник с наконечником, а на самолете-заправщике – топливный насос и барабан с гибким шлангом, на конце которого укреплен конус. Перед дозаправкой самолет-заправщик выпускает шланг с конусом.

Заправляемый самолет пристраивается к заправщику и вводит топливоприемник в конус. Затем включается насос для перекачки топлива.

Все основные элементы системы «конус» могут быть конструктивно объединены в виде съемного агрегата (обычно с емкостью для определенного количества топлива). Любой самолет, оборудованный таким агрегатом, может использоваться в качестве заправщика.

Существует система дозаправки с помощью управляемой жесткой телескопической трубы, расположенной в хвосте самолета-заправщика. При этой системе основные операции по контактированию выполняет оператор заправщика.

Разработано также комбинированное устройство, представляющее собой сочетание штанги с коротким гибким шлангом, снабженным конусом. Дозаправка самолетов в полете значительно расширяет боевые возможности авиации, позволяет производить взлет с уменьшенной полетной массой, увеличить полезную нагрузку, время нахождения в воздухе и тактический радиус действия. Практическое выполнение дозаправки самолетов в полете требует высокого мастерства летчиков.

Раздел 8. Медицинская техника

Автоклав

Автоклав – это аппарат, предназначенный для стерилизации каких-либо объектов насыщенным водяным паром под большим давлением. Автоклав также имеет второе название – паровой стерилизатор.

Основными деталями любого автоклава являются две камеры: водо-паровая и стерилизационная, которые представляют собой единую сварную конструкцию, но по функциональному показателю они разобщены. Сверху водо-паровая камера закрывается достаточно тяжелой стальной или чугунной крышкой с резиновой прокладкой. Это позволяет создавать некоторую герметичность, за счет которой пар не выходит наружу и не охлаждается. Снаружи обе камеры покрыты металлическим кожухом, который в свою очередь прикрепляется к подставке и является изолированным с внутренней стороны и внизу асбестом. В верхней части стерилизационной камеры по бокам располагаются специальные отверстия, через которые внутрь данной камеры поступает пар. За всем процессом работы автоклава можно наблюдать посредством манометра, предохранительного клапана, водомерного стекла или водопробного крана, а также за счет системы клапанов, которые регулируют поступление воды через герметически закрывающуюся горловину.

Вообще данные аппараты достаточно широко распространены в самых разнообразных отраслях промышленности, в частности: химической, пищевой отрасли, в качестве агрегата для создания промышленных материалов. Стоит отметить, что в автоклавах стерилизации подвергаются абсолютно разные объекты. Так, в медицине стерилизуются хирургическое белье и перевязочные материалы, хирургические инструменты, лекарственные вещества, многие жидкие среды, растворы препаратов и т. д. Причем обязательно необходимо учитывать тот факт, что все данные или же подобные предметы имеют разные размеры, вес, формулу и неодинаково переносят воздействие пара, в связи с чем существуют различные модификации автоклава.

Несмотря на множество модификаций, принцип действия автоклава – один. Он заключается в том, что в водопаровую камеру наливают строго определенное количество воды (в зависимости от вида автоклава оно может быть неодинаково). Она постепенно нагревается и закипает, образующийся пар посредством многочисленных отверстий попадает в стерилизационную камеру, где уже должны находиться объекты для стерилизации.

За счет герметичной крышки пар накапливается в стерилизационной камере, в результате чего и происходит процесс стерилизации, который протекает при постоянной температуре и определенном давлении. По окончании данного процесса при сбросе давления и остывании аппарата автоклав разгружают.

Наиболее распространенной классификацией в России и за рубежом является деление их по конструктивному оформлению стерилизационной камеры на шкафные и цилиндрические, которые в свою очередь бывают вертикальными и горизонтальными. Именно последние по своему механизму бывают односторонними, или непроходными (загрузка и выгрузка материалов производится только с одной стороны), и двусторонними, или проходными (загрузка и выгрузка материалов производится с двух сторон).

По способу обогрева парообразователя автоклавы классифицируются на огневые (нагреваются за счет сгорания газа, твердого и жидкого топлива) и электрические. В зависимости от руководства самим процессом стерилизации автоклавы бывают с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

Автоклав медицинский

Автоклав медицинский ипользуется для стерилизации различных медицинских материалов. Следует отметить, что первым был переносной огневой вертикальный автоклав, работать он мог только на твердом топливе. Через некоторое время с твердого топлива перешли на жидкое, но, разумеется, ни тот, ни другой вид не является идеальным, поскольку порой происходит нарушение санитарных норм. А также, несмотря на то что он переносной, может находиться лишь в специализированных комнатах. Но постепенно на смену огневому пришел электрический переносной медицинский автоклав, который намного изящней и удобней предыдущего. Он открыл новые возможности в процессе стерилизации медицинских материалов, таких как разнообразное белье, перевязочные материалы, разные медицинские инструменты, лабораторная посуда, растворы и другие жидкости.

В сущности принцип и схема действия, а также техника стерилизационного процесса остаются без изменения общего принципа.

Отличия заключаются в улучшенном внешнем виде, в конструкции крышки, зажимов, расположении отверстий для ввода пара и, разумеется, в источнике нагревания воды. Конструктивно данный автоклав также состоит из трех вертикальных цилиндров, внутренний – стерилизационная камера, средний – водопаровая камера и внешний – защитный кожух.

Такой вид автоклава применяется в различных медицинских учреждениях: поликлиниках, лабораториях, больницах.

Автоклав паровой с предвакуумом

Паровой автоклав с предвакуумом отличается от обычного автоклава комбинированной вакуумной сушкой и быстрым циклом стерилизации.

Первое подразумевает, что по окончании процесса стерилизации, который протекает при высоком давлении и при достаточно высокой температуре, внутри автоклава образуется вакуум посредством выкачивания воздуха, за счет чего сушка приобретает быстрый и надежный характер, а главное, становится комбинированной.

Другими словами, в вакууме можно сушить самые различные предметы вместе и одновременно, не боясь каких-либо повреждений.

Вторым отличием от стандартного автоклава является быстрая стерилизация, которая позволяет за небольшой промежуток времени (относительно общего времени стерилизации при стандартном цикле) простерилизовать достаточное количество предметов с той же надежностью, что и при обыкновенном цикле. Таким образом, за счет двух отличий, причем небольших, но значимых, паровой автоклав пользуется высоким спросом и успел заслужить определенный успех.

Конструкция парового автоклава с предвакуумом мало чем отличается от конструкции стандартного, т. е. обыкновенного парового автоклава. Стоит отметить, что паровой автоклав с предвакуумом имеет приборы, которые автоматически поддерживают заданное давление, эжектор и фильтр для просушки. По принципу работы паровой автоклав идентичен обычному.

В любых автоклавах подвергаются стерилизации разнообразные предметы, но паровой автоклав с предвакуумом является наиболее распространенным и востребованным.

Он применяется не только в медицине для стерилизации перевязочных материалов, операционного белья, хирургических инструментов, различных специализированных растворов и т. д., но и в других отраслях, таких как производство гербицидов, красителей, для получения цветных и ценных металлов, вулканизации резины, консервирования продуктов – другими словами, в промышленности.

Аппарат вакуумной терапии

Аппарат вакуумной терапии – это прибор, сущность которого заключается в использовании отрицательного давления для отсасывания из раны гноя, фибринозного налета, мелких инородных тел, обрывков нежизнеспособных тканей, а вместе с ними – огромного количества микроорганизмов.

По своей конструкции аппарат вакуумной терапии устроен относительно просто: он включает в себя электроотсос и специальные стерильные металлические насадки. Они бывают абсолютно различной формы и размера, в зависимости от размера и глубины той или иной раны.

В том случае, если рана у больного узкая и глубокая, соответственно применяется также длинная и узкая насадка, причем постоянной ширины. Если же рана неглубокая и имеет внушительную ширину, то применяются металлические насадки обычной формы. Это необходимо для того, чтобы в процессе вакуумирования раны не производить повреждения.

Вообще по принципу работы аппарат вакуумной терапии можно сравнить с таким простым устройством, как обыкновенный пылесос, поскольку и там применяется метод всасывания различных предметов вместе с воздухом, который образуется за счет электроотсоса. Также для работы с аппаратом вакуумной терапии необходимы две соединенные между собой склянки: одна – для сбора отсасываемой жидкости, вторая – для предохранения насоса от засасывания в него всего содержимого вакуумированной раны.

Стоит сказать, что метод вакуумной терапии достаточно широко применяется в современной медицинской практике. Впервые узнали о подобном методе в XVIII в., но те отсосы не могли обеспечить необходимой мощности для нормальной обработки раны, поэтому метод вакуумной терапии оставался лишь теорией.

Со времени использования электричества аппараты стали преобразовываться. В гнойных отделениях каждой больницы обязательно присутствует аппарат вакуумной терапии.

Принцип работы и этапы манипуляции не столь сложны и требуют, помимо самого аппарата вакуумной терапии, обычных медицинских инструментов.

Самыми первыми действиями должны быть монтаж установки и проверка работы в кювете с любой жидкостью, чтобы исключить возникновение неисправностей.

Затем рана широко разводится специальными крючками, включается отсос и под визуальным контролем при одновременном орошении раны тем или иным раствором (как правило, раствор указывается лечащим врачом) проводится отсасывание содержимого раны, для чего наконечник с насадкой избранной формы плотно прижимается к дну раны и перемещается по ней подобно пылесосу по ковру. Именно при этом происходит отсасывание гноя, детрита, обрывков тканей, другими словами, всего, что не соединено прочно с подлежащими тканями.

В том случае, если какой-то кусочек ткани прикреплен к здоровым тканям в стенках раны или же около них, такие объекты отсекаются специальными ножницами или скальпелем.

Дальнейшая обработка осуществляется по тому же принципу, причем рассеченные карманы и затеки могут подвергаться дополнительному вакуумированию.

Раньше аппараты вакуумной терапии изготавливались достаточно больших размеров. Современные приборы стали гораздо меньше, удобнее и при этом выполняют те же самые функции.

Аппарат для искусственной вентиляции легких

Аппарат для искусственной вентиляции легких – это прибор, применяемый для поддержания газообмена в организме в том случае, если он не может осуществлять подобный газообмен самостоятельно. Стоит отметить, что данное устройство выполнено в двух разновидностях, причем данная классификация основана на принципах применения аппарата в реанимационных отделениях.

Аппарат для ИВЛ.

Первой разновидностью аппарата искусственной вентиляции является прибор, выполненный в виде дыхательного мешка с маской. Данный прибор, как правило, применяется для временной (непродолжительной) вентиляции легких. Другой же разновидностью является аппарат для длительной вентиляции легких, который в основном применяется исключительно в реанимационных отделениях медицинских учреждений для тяжелых больных при достаточно длительной необходимости в подобном мероприятии.

Во время операции или в любой другой непредвиденный момент может возникнуть необходимость в восстановлении дыхательного цикла у оперируемого или у пострадавшего. В каждой машине скорой реанимационной медицинской помощи присутствует аппарат для искусственного дыхания в виде дыхательного мешка с маской (типа Амбу). Он необходим для того, чтобы пострадавшему прямо на месте оказать необходимую реанимационную помощь, а именно для восстановления самостоятельного дыхательного акта. Также в условиях стационара, например при операции, в которой применяется наркоз, может возникнуть спазм дыхательных путей, что может привести к нарушениям дыхания. Именно для подобной ситуации применяется специальный дыхательный мешок с маской. Как уже было сказано ранее, подобный тип аппарата искусственной вентиляции легких применяется лишь временно, до восстановления акта дыхания.

По своей конструкции дыхательный мешок с маской достаточно прост и включает в себя дыхательный мешок, который в основном выполнен из мягкого нетолстого пластика, необходимого для процесса сжимания и разжимания данной части. Еще одним компонентом является маска, которая выполнена из твердого резинового пластика и должна достаточно плотно охватывать только нос и рот пациента.

Принцип работы дыхательного мешка тоже относительно прост и заключается в осуществлении ритмичных надавливаний на сам мешок с интервалом в пару секунд для пассивного выдоха. Дыхательный мешок снабжен специальным клапаном, который при надавливании автоматически закрывается, в результате чего весь воздух через маску поступает пациенту. Таким образом, в результате непродолжительного осуществления искусственной вентиляции легких подобным методом и одновременного введения лекарственных средств (только в том случае, если есть подобная необходимость) нормальный акт самостоятельного дыхания будет восстановлен.

Для проведения подобного мероприятия необходимо выполнение следующих требований, а именно: пациент должен быть уложен на спину с откинутой назад головой, что нужно для улучшения проходимости дыхательных путей. Также необходимо расстегнуть одежду, которая может стеснять грудную клетку пациента. В том случае, если в полости ротоглотки имеются какие-либо инородные смеси или предметы (рвотная масса, слизь и т. д.), следует все удалить при помощи электроотсоса. Критерием эффективности искусственной вентиляции легких является экскурсия (движение) грудной клетки при вдохе, наличие дыхательного шума при выдохе, исчезновение синюшности и мраморного оттенка кожных покровов пациента.

Аппарат лазерной терапии

Аппаратом лазерной терапии является определенный прибор – оптический квантовый генератор (лазер). Это прибор, в основе работы которого лежит процесс усиления света веществом за счет стимулированного испускания излучения.

Вне зависимости от того, какой лазер, он имеет обобщенную схему своей конструкции. Каждый оптический квантовый генератор состоит из следующих компонентов: активное вещество, оптический резонатор, который включает в себя два зеркала, блок возбуждения активного вещества (источник питания). Стоит отметить, что в качестве активного вещества могут служить газ, жидкость и твердое тело (в основном кристалл).

Оптические зеркала располагаются перпендикулярно к оси лазера. Причем одно из зеркал имеет коэффициент отражения, приближенный к 100%, в то время как другое – в интервале от 40 до 98% в зависимости от типа лазера, а именно: чем выше коэффициент усиления вещества, тем ниже коэффициент отражения. Именно второе зеркало является выходным, т. е. через него генерируемый световой поток выходит из самого лазера. Источник питания служит для того, чтобы осуществить процесс возбуждения активного вещества и сделать его инверсным.

Для того чтобы рассмотреть принцип работы оптического квантового генератора, представим схему расположения атомов вещества на нескольких уровнях. Таким образом, в том случае, если возбужденный атом активного вещества располагается на третьем уровне, после чего спонтанно переходит на второй уровень, происходит излучение фотона с какой-то определенной частотой. Далее он, пролетая мимо такого же возбужденного атома, обеспечивает излучение еще одного фотона, в результате чего в веществе их оказывается два. Затем они вызывают стимулированное излучение у следующих двух возбужденных атомов, в результате чего их число становится равным четырем.

Посредством подобного лавинообразного процесса происходит увеличение числа излучаемых фотонов, что приводит к усилению света, при этом поглощение активным веществом излучаемых фотонов достаточно маленькое.

Большое количество стимулированно излученных фотонов отражается от второго зеркала, потом процесс усиления света веществом продолжается в направлении первого зеркала. После этого происходит обратное движение: от первого зеркала ко второму.

Данный процесс продолжается большое количество раз, в результате чего световой поток проходит через активное вещество и усиливает свет. При этом внутри резонатора накапливается световая энергия, часть которой излучается в пространство посредством полупрозрачного зеркала резонатора. Но следует сказать, что такое же количество энергии, которое теряет резонатор на излучение, приобретается от источника питания через стимулированное излучение возбужденных источников атомов активного вещества.

Началом существования оптического квантового генератора считается 1960 г., поскольку именно в этом году был создан первый в мире лазер. Впоследствии конструкция претерпевала изменения, что сделало его более удобным прибором. И он получил применение в самых различных областях, в том числе в биологии и медицине.

Свое широкое распространение оптические квантовые генераторы получили за счет того, что обладали рядом специфических свойств излучения.

Лазеры применяются в офтальмологии и дерматологии, онкологии и стоматологии, лабораторной и функциональной диагностике и др. Но наиболее правильным будет не перечисление областей медицины, где нашли применение лазеры, а выявление тех направлений, которые вытекают из взаимодействия лазерного излучения с биологическим объектом.

Таких направлений можно выделить три: лазерная хирургия, лазерная терапия, а также макро– и микродиагностика. Причем первые два направления ориентированы на воздействие лазерного света на биологический объект с определенными лечебными целями, а последнее направление – на получение информации о биологическом объекте на основе изучения свойств вторичного излучения.

В основе лазерной хирургии лежит использование высокоинтенсивных оптических квантовых генераторов, тогда как в лазерной терапии применяются низкоинтенсивные оптические квантовые генераторы.

Что же касается двух остальных видов лазерной диагностики, то макродиагностика – это процесс исследования органов и клеток. Микродиагностика – это процесс исследования биологических объектов на молекулярном уровне. В основном макродиагностика применяется в практической и теоретической медицине, а микродиагностика – для фундаментальных биологических исследований.

Основное замечательное свойство лазерного излучения – монохроматичность (излучение светового потока на одной частоте) – применяется в терапии различных органов.

Один из механизмов лазерной терапии обусловлен следующими факторами: при лазерном облучении на живую ткань приходится огромное количество одинаковых фотонов, которые способствуют возбуждению биомолекул.

При этом возбужденная молекула либо сама принимает участие в химической реакции, либо передает свое возбуждение следующей молекуле, которая тоже участвует в биологическом процессе. Как правило, большинство результатов подобных реакций благотворно влияют на состояние того или иного органа или ткани. Удивительно, что при таком биохимическом воздействии лазера на организм пациент не ощущает никакого влияния на себя. Иной механизм лазерного терапевтического действия – влияние некоторых лазерных лучей на микрофлору тканей.

Стоит назвать некоторые заболевания, при терапевтическом лечении которых используются различные типы лазеров:

  1) дерматология:

а) трофические и долго не заживающие раны и язвы;

б) экземы, красный, плоский и опоясывающий лишай;

в) рецидивирующий герпес, локальный зуд кожи;

  2) ортопедия:

а) замедленная консолидация и несрастающиеся кости при переломах;

б) ревматоидный артрит;

  3) невропатология:

а) остеохондроз позвоночника;

б) невралгия тройничного нерва;

  4) оторингология:

а) хронические тонзиллиты;

б) воспаление среднего уха.

Уровень направленности лазерного излучения позволяет считать луч лазера почти параллельным световым потоком, т. е. угол расходимости очень мал. За счет сильной фокусировки лазерного луча обеспечивается высокая интенсивность света в области фокуса, что дает возможность разогрева биологических объектов до высоких температур.

Именно это лежит в основе лазерного скальпеля и, как следствие, – лазерной хирургии. Стоит обратить внимание, что температура биоткани в фокусе лазерного скальпеля достигает порядка 400 °С.

Основными достоинствами лазерной хирургии являются: стерильность лазерного скальпеля; бескровность операции, которая связана с коагуляцией микрососудов; возможность проведения достаточно сложных операций и др. Другими словами, оптический квантовый генератор является наилучшим достижением техники, применяемой в медицине, поскольку обладает огромным количеством положительных аспектов, что позволяет считать лазер чудом технического прогресса.

Как правило, лазеры классифицируются по различным принципам, таким как:

  1) тип активного рабочего вещества;

  2) способ возбуждения активного рабочего вещества;

  3) режим работы лазера;

  4) выходные характеристики генерируемого ОКГ-излучения, что особенно важно в медицине.

Аппарат ультразвуковой терапии

Аппарат ультразвуковой терапии – это прибор, который применяют для физиотерапевтического лечения многих заболеваний.

Наиболее широкое применение ультразвуковая терапия нашла при лечении гнойных ран в диапазоне низких частот (25—27 кГц). Это осуществляется за счет того, что под воздействием низкочастотного ультразвука в жидкостях в связи с большими колебаниями давления начинается так называемая кавитация, другими словами, происходят разрывы жидкой среды с образованием пустот, что визуально напоминает кипение воды. На поверхности кавитационных пузырьков образуются электрические заряды и поля, которые могут достигать напряжения нескольких сотен вольт на каждый сантиметр.

Аппарат ультразвуковой терапии по своей конструкции состоит из малогабаритного генератора низкочастотного ультразвука, оформленного в виде небольшого прямоугольного ящичка.

На передней панели генератора располагаются две ручки: одна отвечает за общую настройку аппарата, а вторая – за точную настройку. Рядом под стеклом имеются шкала и стрелка указателя рабочей частоты, т. е. той частоты, на которой работает прибор в данную минуту.

В нижней же части имеются контакты для подключения гибких электрокабелей, соединяющих сам генератор с акустическим узлом – одним из основных компонентов аппарата ультразвуковой терапии. Амплитуда колебаний рабочего конца звуковода составляет 40—45 мкм, а рабочая частота примерно – 26 кГц. Сам аппарат работает от обычной сети, напряжение которой составляет 220 В, потребляет при этом 350 Вт.

Помимо этого, в устаревших моделях имеется педаль дистанционного включения, в современных аппаратах ультразвуковой терапии данная система полностью автоматизирована. Необходимо сказать, что генератор еще снабжен тремя акустическими узлами и девятью звуководами различной формы, за счет чего возможна обработка ран различной глубины и конфигурации.

Именно посредством данной аппаратуры осуществляется ультразвуковая обработка повреждений на теле больного. Некоторые специалисты изготавливают специальные дополнительные звуководы.

Таким образом, для различных манипуляций в полости плевры применяется звуковод в виде пистолета, что обеспечивает его введение в глубину плевральной полости. Так, для резки тканей используется специальный звуковод, изготовленный в виде брюшистого скальпеля. В том случае, если у больного обнаруживаются узкие и глубокие раны, для их обработки используются инструменты с узким и плоским торцом рабочей части, а также с небольшой круглой головкой. Для обработки обширных или же плоских ран предназначены звуководы разного диаметра с широким плоским торцом.

Акустический узел связан с генератором электрокабелем, а звуковод жестко соединен с акустическим узлом, за счет чего специалист, удерживая акустический узел в руке, придает звуководу необходимое положение, перемещая его по ране.

Механизм действия аппарата низкочастотного ультразвука, который распространяется в жидкой среде, а она в свою очередь покрывает рану, заключается в следующих аспектах: отторжение некротических тканей вследствие разрушения всех связей секвестров с окружающими тканями, разрушение и измельчение сгустков фибрина. Затем вымывание частиц некротизированных тканей, фибрина, мелких инородных тел, гноя из определенных карманов и щелевидных пространств. После чего следует бактерицидный эффект, который зависит от прямого разрушающего действия низкочастотного ультразвука на определенные бактерии, а также нарушения окислительно-восстановительных процессов в микробных клетках, именно это связано с освобождением из молекул воды активных ионов Н и ОН-. Еще необходимо упомянуть о фонофорезе, т. е. проникновении в подлежащие ткани примерно на глубину 10—15 мм антисептиков, которые включены в состав той жидкости, которая заполняет рану.

Для того чтобы провести ультразвуковую терапию с положительным результатом, помимо обычных общепринятых инструментов, необходимы генератор низкочастотного ультразвука со специальным набором акустических узлов и звуководов, как правило, данный набор зависит от различных характеристик раны больного. Нужна стойка с сосудом, шлангом и наконечником, которые смонтированы для непрерывной или фракционной подачи жидкости в обрабатываемую рану, причем в качестве стойки может служить обыкновенный шприц с надлежащей емкостью. Также необходимы электроотсос со специальными наконечниками для освобождения раны от жидкости и почкообразные тазики или кюветы для ограничения растекания жидкости по перевязочному столу. Но присутствие всех данных инструментов и материалов еще не говорит о том, что ультразвуковая терапия пройдет спокойно, без непредвиденных ситуаций и с положительным эффектом. Надо знать принцип основной манипуляции при ультразвуковой терапии, поскольку в случае, если данная обработка раны будет проведена неправильно, больному можно причинить непоправимый вред.

Специалист по ультразвуковой терапии должен знать следующее. Торец звуковода, который погружен в жидкость, относительно медленно перемещается по самой ране. Следует обращать внимание на то, чтобы звуковод непрерывно был погружен в жидкость и отстоял от тканей на 2,5—3 мм, при этом не касаясь их. Допускается только легкое, быстрое соприкосновение, которое может быть измерено долями секунды. В том случае, если подобный контакт был слишком длительным, может возникнуть ожог. Необходимо знать, что торец инструмента обязательно должен располагаться перпендикулярно поверхности, на которую осуществляется непосредственное воздействие.

Та рана, которая обработана аппаратом ультразвуковой терапии, принимает свежий вид за достаточно непродолжительный промежуток времени, причем из жизнеспособных тканей могут местами выделяться капельки крови, в то время как еще не отторгнувшиеся некротические ткани выглядят тусклыми, темносинюшными, границы их становятся более четкими, благодаря чему хирург имеет возможность спокойно удалить их. Таким образом, аппарат для ультразвуковой терапии нашел широкое применение в медицинской практике.

Аудиометр

Аудиометр – это прибор, предназначенный для измерения остроты слуха, т. е. чувствительности слухового органа к звукам разной высоты. Поскольку чувствительность органа слуха определяется четким порогом восприятия звука, процесс обследования при помощи аудиометра заключается в измерении порогов слышимости звуков разной высоты (частоты), другими словами, в определении наименьшей силы звука, при которой он становится слышимым для пациента.

Применение аудиометра имеет значительные преимущества перед другими методами исследования слуха, в частности: достаточно высокая точность исследования; возможность исследования костной звукопроводимости для достаточно высоких тонов, что невозможно при исследовании камертонами; оценка результатов исследования осуществляется в общепринятых единицах интенсивности звука – децибелах; более широкий динамический диапазон (до 100—110 дБ), а это позволяет определять пороги восприятия даже при очень резких нарушениях слуха; возможность сохранения определенного уровня интенсивности звука, что способствует получению наиболее точных и надежных результатов.

Исследования порогов слуховой чувствительности к звукам разной частоты при помощи аудиометра носит еще одно название: тональная пороговая аудиометрия. Проведение аудиометрии относительно несложно.

При исследовании воздушной проводимости данный аппарат, который помещен в специальный резиновый футляр, прижимают к ушной раковине, а при исследовании костного звукопроведения аппарат подносят и прижимают к сосцевидному отростку на лицевом отделе головы. Затем устанавливается определенная частота при помощи специальной ручки и, изменяя интенсивность звука ее перемещением, определяется минимальная частота, при которой звук становится едва слышен. Результаты исследований заносятся на специальные аудиометрические бланки – аудиограммы.

В настоящее время выпущено достаточно много типов и моделей аудиометров. Для исследования слуховой чувствительности при воздушном и костном звукопроведении применяются два абсолютно разных телефона: воздушный и костный.

Вообще необходимость в количественной оценке состояния слухового анализатора человека в норме и при различных патологиях появилась еще во второй половине XIX в., и в это время были созданы такие аппараты, как акуметр, отометр, отоаудион, электрический измеритель слуха, но, к сожалению, все эти приборы не позволяли дать полной оценки слуха человека.

В связи с этим аппарат совершенствовался, и успех был достигнут к началу 1920-х гг.: впервые был создан ламповый аудиометр, который являлся прототипом современного.

Наука и техника не стояли на месте, и вскоре были созданы более современные приборы и их модификации. Так появились полуавтоматические и автоматические аудиометры. Затем – исследовательские (для проведения научноисследовательских работ), клинические (для клинических обследований), поликлинические (для поликлинических обследований), специальные (для массовых обследований населения, они обладали ограниченными возможностями) и детские аудиометры.

Помимо совершенствования аудиометров, основанных на субъективных реакциях пациента на подачу определенного звукового раздражителя, ведутся также работы по разработке новых методик и аппаратов, которые позволят объективно судить о пороге слышимости пациента.

Аэросолярий

Аэросолярий – это специально оборудованная небольшая площадка или помещение, которые предназначены для проведения климатического лечения, а именно: приема солнечных, а также воздушных ванн.

Стоит сказать, что в летнее время аэросолярий, как правило, размещают на ровной, открытой, ориентированной на юг или юго-восток площадке в парке, лесу, на берегу моря или же реки вдали от проезжих дорог и промышленных предприятий.

Обязательным элементом является ограждение аэросолярия для защиты от ветра, в качестве которого служат легкие жалюзийные щитки или кустарнички. Как правило, не рекомендуется сплошной забор, поскольку он ухудшает естественную аэрацию.

Для того чтобы предупредить охлаждение от почвы (в основном на севере и в средней полосе) и перегрев (в основном на юге), поверхность площадки должна иметь определенный травяной покров или специальный деревянный настил со стоками для воды; ни в коем случае не следует применять покрытия из бетона и асфальта.

При аэросолярии должны быть хорошо освещенная солнцем площадка для приема солнечных ванн (непосредственно сам солярий) и специально защищенная от прямых солнечных лучей площадка для приема воздушных ванн (аэрарий). Если произошел какой-то непредвиденный случай, то в помещении аэросолярия есть медпункт, в котором находится аптечка для оказания неотложной помощи, метеорологическая и дозиметрическая аппаратура, радиоузел, используемый для оповещения о дозах солнечных и воздушных ванн, а также правил их приема.

Аэросолярий оборудуется специальными навесами с односкатной, прерывистой двухскатной и трехскатной крышами, которые в основном изготовлены из дерева, шифера или плотной ткани. Данные крыши обеспечивают необходимую вентиляцию, причем высота навесов равна 4—5 м, а разрыв в крыше 50—70 см. Для того чтобы прием солнечных ванн был более защищенным, на высоте не менее 40 см устанавливаются топчаны, оборудованные надголовниками для защиты от прямой радиации.

Если при приеме солнечных ванн уровень радиации ослабленный, то применяются тенты из материала, который задерживает часть солнечных лучей, или используются ячеистые крыши, создающие на теле как бы решетку, другими словами, происходит чередование участков, освещенных солнцем и находящихся в тени. Также топчаны оборудуются жалюзийным экраном по Чернявскому. Путем изменения угла наклона жалюзи можно осуществлять регуляцию интенсивности солнечной радиации. Стоит отметить, что имеются также модели топчанов, которые вращаются по ходу движения солнца, и так называемые универсальные топчаны – вращающиеся, с жалюзийным экраном.

Для того чтобы ослабить солнечную радиацию, применяются тенты – зонты с вырезами, при вращении которых создается чередование света и тени с определенной частотой. Для солнечных ванн рассеянной радиации устраивают определенные, смонтированные на нужной высоте и вращающиеся на шарнирах тенты. Они могут быть индивидуального или группового пользования.

Бормашина

Бормашина – это устройство, обеспечивающее непрерывное вращательное движение зубоврачебных инструментов (боров, дрильборов и т. д.), которые используются при обработке твердых тканей зуба. Составляющие любой бормашины достаточно немногочисленны и представляют собой четко взаимодействующие между собой механизмы.

Самой важной частью является пусковое устройство, стоит сказать, что в современных бормашинах в его качестве выступает электромотор.

Данное устройство генерирует энергию, которая посредством замкнутых шнуров и через рукав (соединяет шнуры с наконечником) передается непосредственно самому зубоврачебному инструменту.

До середины ХХ в. отечественная медицинская промышленность выпускала бормашины с ножным кривошипным приводом, которые давали небольшую скорость вращения инструмента, и как следствие, происходило увеличение времени обработки зуба, за счет чего усиливалась боль. Поэтому требовалось что-то новое. Вскоре стали производиться комбинированные бормашины, которые одновременно имели и электрический, и ножной приводы. При этом скорость вращения увеличилась, но все же осталась небольшой. И уже в 1960-х гг. начинают выпускать электробормашины со скоростью вращения от 3000 до 4500 об/мин.

В конце 1960-х гг. в СССР начали выпускать электробормашины (БЭО-30) со скоростью вращения инструментов до 30 000 об/мин с системой подогрева воды и подачи ее к рабочему инструменту. Также наряду с этим в 1961 г. была разработана первая отечественная пневмобормашина БВК-1 с турбонаконечником, мощность которой достигала 300 000 об/мин.

Данная мощность не была предельной, поскольку эта техника применяется в стоматологии, где важен не только результат, но и время, за которое этот результат достигнут, т. е. чем меньше времени и чем больше результативность, тем наиболее востребованной является клиника с такой аппаратурой, которая в наше время достигает мощности 400 000 об/мин. Это обусловливается следующим: при увеличении скорости вращения инструментов в бормашине сокращается время обработки зуба и вследствие снижения давления на зуб уменьшается боль.

Современные модификации электробормашин и турбинных бормашин очень разнообразны: с плевательницей, устройством для наполнения стакана водой и слюноотсосом. Также по отношению и к той, и к другой бормашинам существует переносной вариант, позволяющий оказывать стоматологическую помощь прямо на дому, что является достаточно удобным.

Бронхофиброскоп

Бронхофиброскоп – это оптический прибор, с помощью которого можно визуально исследовать трахеи, бронхи и пищевод, а также предназначенный для проведения различного рода лечебных и диагностических процедур.

Бронхофиброскоп устроен относительно просто, он включает в себя набор трубок различной длины и диаметра, осветитель и рукоятку. Все эти составляющие еще называют бронхофиброскопическим набором. Осветитель служит для того, чтобы освещать объект, который наблюдается через трубку аппарата, вводящуюся в дыхательные пути.

Наиболее широкое применение в оториноларингологической практике получил бронхофиброскоп типа Брюнинга с проксимальным освещением. В данных аппаратах в качестве осветителя служит электролампа, от которой направляется откидывающееся зеркало, которое устанавливается под углом 45°. Для большего удобства манипуляций и наблюдения зеркало имеет прорезь.

В СССР также достаточно широкое распространение получил бронхофиброскоп конструкции Мезрина, тоже с проксимальным освещением и электролампой, заключенной в корпус, который служит рукояткой. Свет от лампы также через конденсор и зеркало поступает в небольшой конусный раструб бронхофиброскопической трубки, после чего в результате многократного отражения от стенок трубки – на объект.

Стоит отметить, что два вышеперечисленных бронхофиброскопа имеют овальное сечение. Помимо этих аппаратов есть также бронхофиброскопические трубки с круглым сечением, которые обладают специальным отверстием для дыхания.

К таким приборам с проксимальным освещением относится разработанный во ВНИИ медицинского приборостроения Министерства медицинской промышленности СССР И. В. Криштул и Г. И. Лукомским дыхательный бронхофиброскоп, который предназначен для проведения диагностической и лечебной бронхоскопии.

В качестве основного отличия дыхательного бронхофиброскопа от бронхофиброскопа конструкции Брюнинга служит наличие специального клапана для подключения к аппарату искусственной вентиляции легких или к аппарату для оксигенотерапии.

Помимо бронхофиброскопов с проксимальной системой освещения существуют еще приборы с дистальной системой освещения. Любые виды применяются в медицинской практике, а именно в оториноларингологии (бронхофиброскопы, дыхательные бронхофиброскопы), а также еще и в гастроэнтерологии (бронхоэдофагоскопы). С их помощью можно проводить огромное количество различных процедур, в частности диагностических и лечебных, для обследования дыхательных путей человека.

В современных бронхофиброскопах с проксимальным и дистальным осветителями используются волоконные световоды, которые пропускают свет от мощного стационарного осветителя через достаточно гибкий световодный кабель к объекту и обеспечивают его очень высокую освещенность. Также современные бронхофиброскопы, которые снабжены волоконными световодами, позволяют осуществлять довольно качественную фото– и видеосъемку непосредственно через бронхофиброскопические трубки. Большие возможности открывает применение гибкого волоконного бронхофиброскопа для проведения разного рода манипуляций.

Вообще необходимо сказать, что применение данных приборов с волоконными трубками и световодами стало огромным шагом вперед в развитии российской медицинской промышленности.

Гастродуаденоскоп

Гастродуаденоскоп – это аппарат, предназначенный для внутреннего осмотра стенок двенадцатиперстной кишки посредством внедрения через ротовую полость больного длинной трубки, на дистальном конце которой располагается оптика, через нее происходит исследование больного. Наиболее распространенным является гастродуаденоскоп с волоконной оптикой.

Он состоит из головки прибора, в которую включены окуляр, рычаги для управления дистальным концом прибора, кнопки подачи в двенадцатиперстную кишку и отсасывания из нее воздуха и жидкости, входы в определенные каналы с наличием клапанов, посредством которых в орган можно вводить разные инструменты (биопсийные щипцы, катетеры, щеточки и т. п.). Все остальное, помимо уже названных элементов, составляет рабочую часть гастродуаденоскопа, которая представляет собой достаточно гибкую трубку диаметром примерно 7—12 мм, длиной 860—1500 мм, а также имеется соединительный светодиод. На дистальном конце аппарата находится оптика, с помощью которой изображение выводится на совместимые приборы. В свою очередь дистальный конец гастродуаденоскопа может сгибаться в двух перпендикулярных плоскостях.

В истории развития данного аппарата можно выделить три периода: первый (1881—1932 гг.) – использование жестких негнущихся линзовых гастродуаденоскопов, которые почти ничего не позволяли осмотреть, поэтому были очень мало востребованы. Второй (1932—1958 гг.) – начинается применение полугибких приборов, дистальный конец трубки которых мог сгибаться, что достаточно сильно расширило возможности данного метода. Третий (после 1958 г.) – внедрение гибких гастродуаденоскопов с волоконной оптикой. О клиническом применении аппаратов с волоконной оптикой впервые заявили на конгрессе гастроэнтерологов, проходившем в Вашингтоне в 1958 г.

Этот аппарат относится к универсальным приборам данной методики. Он широко применяется в медицине как в диагностических целях, так и в исследовательских, т. е. гастродуаденоскоп используется во всех случаях, когда необходимо установить или уточнить тот или иной диагноз любого первичного заболевания двенадцатиперстной кишки, определить характер тех или иных изменений, обусловленных заболеваниями соседних органов, выявить инородные тела и т. д.

Несмотря на постоянное развитие различных медицинских методов и появление новых приборов для изучения внутренних органов, а именно пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, в основном используются проверенные временем приборы, которые могут претерпеть лишь небольшие дополнения. Поэтому для изучения и диагностирования заболеваний двенадцатиперстной кишки лучшим прибором является гибкий гастродуаденоскоп с волоконной оптикой.

Гастрофиброскоп

Гастрофиброскоп – это аппарат, который предназначен для внутреннего осмотра стенок различных отделов пищеварительного тракта посредством внедрения через ротовую полость больного достаточно длинного волоконного составляющего, а именно трубки.

Гастрофиброскоп состоит из следующих элементов: довольно гибкой трубки с волоконной оптикой для передачи четкого изображения и света, причем данная оптика находится на дистальном конце, который погружается в пищеварительный тракт, в большинстве случаев в желудок.

На противоположном конце находится небольшое устройство, состоящее из окуляра, рычага управления изгибом трубки и рычага управления биопсийными щипцами.

Также от данного устройства отходит соединительный волоконный кабель, через который осуществляется передача света от светового прожектора. Именно подобное строение обеспечивает гастрофиброскопу четкую передачу изображения, в частности за счет большого количества волокон, которые состоят из специального стекла. Причем каждое волокно покрыто особым веществом, которое имеет достаточно низкий показатель преломления.

Таким образом, коэффициент прохождения света в световоде в 2,5 раза больше, чем в линзовых приборах, и не уменьшается при изгибах.

Использование подобных гибких гастроскопов (именно так еще называют гастрофиброскоп) с волоконной оптикой началось в конце 60-х гг. прошлого века.

Гастроскопия перестала быть достаточно проблематичной исследовательской наукой, поскольку при помощи гастрофиброскопа, основанного на внедрении волоконной оптики, исследование больных стало наиболее упрощенным и в то же время безопасным.

При этом перестали существовать так называемые слепые зоны, которые были характерны при использовании линзовых приборов. Также появилась возможность наиболее детального осмотра желудка и других отделов пищеварительного тракта, что дало возможность исследования желудка с помощью биопсии, цитологического метода и фотографирования всех исследуемых объектов.

Но прогресс не стоял на месте, и со временем стало появляться все больше различных видов гастрофиброскопов. Так, стоит отметить универсальные приборы (эзофагогастрофиброскоп, гастродуоденофиброскоп и эзофагогастродуоденофиброскоп), приборы целевого назначения (эзофагофиброскопы и гастрофиброскопы), которые отличаются диаметром трубки, ее длиной, характером расположения оптики на дистальном конце прибора и другими особенностями.

Со временем наиболее распространенными становились гастрофиброскопы зарубежной и отечественной сборки, имеющие наименьшие размеры, что позволяло использовать их наиболее комфортным образом как для врача, так и для пациента. Причем минимизация риска касается в то же время и повреждения внутренних стенок пищеварительного тракта. Именно в связи с этим условием появились гастрофиброскопы для исследования желудочно-кишечного тракта у детей.

Дефибриллятор

Дефибриллятор – прибор, который представляет собой генератор мощных высоковольтных электрических импульсов, которые предназначаются для лечения тяжелых нарушений сердечного ритма. Стоит сказать, что выходной импульс современных дефибрилляторов является биполярным, близким по форме к синусоиде; амплитуда первой полуволны импульса на 15—30% больше второй.

В комплект аппарата входят специальные электроды для непосредственного и трансторакального воздействия током на сердце.

Обыкновенный дефибриллятор по своей конструкции состоит из накопителя энергии, или конденсатора, устройства зарядки конденсатора, разрядной цепи со схемой формирования импульса. Также некоторые модели дефибрилляторов дополнительно снабжены специальным устройством для кардиосинхронизации, исключающим возможность нанесения разряда во время уязвимого периода сердечного цикла.

Специализированные приборы управления дефибриллятором обеспечивают осуществление регулирования напряжения заряда конденсатора или энергии, которая получается пациентом при разряде. Также специальная кнопка предназначена для включения разрядного тока через пациента. Причем сброс неиспользованного или же остаточного заряда конденсатора в большинстве современных дефибрилляторов производится автоматически.

Питание всех дефибрилляторов осуществляется от сети переменного тока. Помимо этого, в некоторых моделях предусмотрена возможность питания от автономных источников тока или от бортовой сети машины скорой медицинской помощи.

Дефибрилляция – это процесс прекращения фибриллярных сокращений желудочков сердца или предсердий, это один из важнейших приемов реанимации. Задача данного метода – восстановление эффективной сократительной деятельности желудочков. В то время как дефибрилляция предсердий – это терапевтическое мероприятие, используемое в целях восстановления нормального синусового ритма сокращений сердца.

Впервые самую оригинальную теорию дефибрилляции сердца предложил Н. Л. Гурвич. В основе созданной им теории лежит представление о возбуждающем действии тока в соответствии с определенным законом «сила – время». Это являлось как бы предпосылкой для максимального ограничения силы и продолжительности электрического воздействия. Другими словами, одиночный импульс тока, получаемый при разряде емкости через индуктивность, оказался достаточно эффективным в данном методе. В отличие от переменного тока он не вызывал серьезных повреждений сердца и нарушений его сократительной функции. Таким образом, дефибрилляторы системы Н. Л. Гурвича получили очень широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. В медицинской клинике для устранения мерцания предсердий одиночный импульс тока был впервые применен А. А. Вишневским с авторами в 1959 г., а для прекращения приступа пароксизмальной тахикардии – В. Н. Семеновым в 1963 г. Метод электроимпульсной терапии широко используется не только в стационарах, но и в условиях специализированной медицинской скорой помощи.

В основе дефибрилляции лежит процесс воздействия на сердце коротким сильным разрядом электрического тока. Для лечения фибрилляции желудочков сердца применяют электрическую дефибрилляцию. При рецидивирующей фибрилляции электрическое воздействие комбинируется с массажем сердца и искусственной вентиляцией легких, а также введением в полость сердца или внутривенно новокаинамида, аймалина или индерала. А вот противоаритмические препараты при фибрилляции желудочков малоэффективны.

Лечение с помощью электрических импульсов наиболее эффективно и в отношении фибрилляции предсердий, однако при подобном нарушении ритма используют и лекарственную терапию. Большей частью противоаритмические препараты применяют в умеренных дозах для процесса прекращения фибрилляции предсердий, а только для стабилизации синусового ритма, который восстанавливается электроимпульсной терапией.

Возникновение фибрилляции желудочков является жизненным показателем к немедленному выполнению электроимпульсной терапии при помощи дефибриллятора. В том случае, если происходит промедление более 2 мин, быстро нарастающая гипоксия может привести к падению тонуса сердца, при этом фибрилляция становится вялой, и для успешного восстановления сократительной работы миокарда перед воздействием разрядом необходимы массаж сердца и иногда другие реанимационные мероприятия. А если возникновению фибрилляции предшествовала артериальная гипотензия, восстановление эффективной сердечной деятельности при помощи дефибриллятора становится затруднительным.

При необходимости непосредственной дефибрилляции во время хирургической операции «сердечный» электрод дефибриллятора достаточно сильно прижимают к обнаженному сердцу, а другой, наружный, подкладывают под грудную клетку больного. Также можно применять оба «сердечных» электрода, сжимая ими сердце с противоположных сторон.

При наружном воздействии дефибриллятором больной должен лежать на спине. При этом один из наружных электродов прижимают к грудной клетке в правой подключичной области, в то время как другой – либо к области верхушки сердца, либо подкладывают под спину больного в области угла левой лопатки.

Электроды обязательно должны быть обернуты несколькими слоями марли, смоченной специальным физиологическим раствором, наружные же электроды можно смазывать специальной электродной пастой. Дозировку воздействия током подбирают индивидуально.

Стоит отметить, что при работе с дефибриллятором следует соблюдать правила техники безопасности, разработанные применительно к эксплуатации высоковольтных установок.

Кипятильник дезинфекционный

Кипятильник дезинфекционный – прибор, при помощи которого можно осуществить срочную дезинфекцию или стерилизацию того или иного инструмента.

Медицинский кипятильник имеет относительно небольшие габариты, но одновременно с этим имеет достаточно большой объем, за счет чего способен вмещать большое количество инструментов. По своей форме медицинский кипятильник выполнен в виде четырехугольного бачка, в котором в основание вмонтирован электронагревательный прибор.

Сам корпус медицинского кипятильника установлен на специальной металлической стойке с четырьмя ножками, которые имеют изоляционные прокладки. Также для лучшей изоляции под металлическую стойку кипятильника подкладывают толстый резиновый коврик, размеры которого позволяют медсестре стоять на нем во время работы.

Данный кипятильник необходимо обязательно заземлять, причем использование для заземления водопроводных, канализационных труб или калориферов водяного отопления категорически запрещается. На передней панели располагается переключатель мощности кипятильника, причем каждый уровень мощности соответствует определенной температуре и продолжительности процесса дезинфекции или стерилизации.

Стерилизационная камера открывается при помощи специальной педали или рычажка. Это необходимо для того, чтобы в процессе работы кипятильника крышка случайно не открылась, а также для того, чтобы после окончания процесса стерилизации риск получения ожога для медсестры был минимален, поскольку в процессе работы сам корпус нагревается и может остыть только через длительное время.

Помимо подобной меры предосторожности применяют еще одну, при которой по верхнему краю стерилизационной камеры расположена трубка с постоянно циркулирующей холодной водой для охлаждения крышки и уменьшения парообразования при открывании самого кипятильника. Стерилизационная камера заливается дистиллированной водой. Удаляют воду через патрубок с вентилем на дне камеры. Кипятильник работает от сети переменного тока напряжением 220 В.

Впервые о подобном методе стерилизации услышали в 1890 г., когда А. Д. Павловский ввел в практику кипячение хирургических инструментов. Хотя стерилизация кипячением уже использовалась ранее, но именно после 1890 г. начинается применение медицинских кипятильников, которые были популярны достаточно долгое время.

Порядок работы с данным кипятильником достаточно прост: в начисто вымытую стерилизационную камеру наливают определенное количество дистиллированной воды и, после того как в нее погрузили инструменты, крышку плотно закрывают, что уже способствует повышению температуры кипения на 1—2 °С. Еще специально добавляют карбонат натрия (в пропорции 2 г на 100 мл воды), что также способствует повышению температуры кипения примерно на 2—4 °С. Уровень воды должен быть не менее чем на 1 см выше инструментов. Время кипячения варьируется от 30 мин.

На стене возле медицинского кипятильника обычно помещают процедурные часы со звонком (таймер) для определения срока экспозиции. После того как стерилизационный цикл закончился, открывают крышку и извлекают сетку с инструментами.

В переносных кипятильниках для этого применяются специальные крючки, которые держат в антисептическом растворе. В стационарных кипятильниках присутствует специальная ручка, нажимая на которую поднимают сетку из воды. После стекания всей воды с инструментов сетку, как правило, переносят на стерильный стол и раскладывают инструменты по своим местам.

Термическая стерилизация (в принципе как и химическая, и газовая, и лучевая) любых изделий только тогда достигает цели, когда обеззараживаемые предметы предварительно очищены от крови, гноя и грязи.

Особое внимание необходимо уделить медицинским инструментам, которые покрыты слоем грязи, особенно содержащей белковые структуры, поскольку микроорганизмы оказываются защищенными от воздействия стерилизующего агента, а именно высокой температуры и кипящей воды, вследствие чего медицинские инструменты в действительности оказываются нестерильными, потому что данные микроорганизмы способны выдерживать даже большую температуру, чем температура кипения воды. Выяснение подобного факта придает чрезвычайно важное значение предстерилизационной очистке инструментов, в которую при определенных обстоятельствах включается и предварительная дезинфекция. Однако не только уже использовавшиеся инструменты подлежат предварительной очистке, но и абсолютно новые медицинские инструменты. Так, получив со склада инструменты, работники и служащие медицинского персонала должны прежде всего очистить их от заводской смазки, которая также может служить оптимальной средой для развития различных микроорганизмов.

Данная задача требует немало усилий, поэтому должна решаться заранее, иногда даже с привлечением добровольцев, в основном этими добровольцами являются студенты медицинских ВУЗов, разумеется, не имеющие гнойничковых процессов на руках, а также заболеваний глотки и носоглотки. В том случае, если после предстерилизационной очистки и стерилизационного цикла в кипятильнике на каком-либо инструменте все же обнаруживаются остатки смазки, его вновь протирают тряпочкой, которая смочена в ацетоне, и снова кипятят, добиваясь полного удаления смазки. О таких мерах следует знать всему медицинскому персоналу, поскольку они являются очень важными и необходимыми.

В последние годы медицинская промышленность начала выпускать большие стационарные кипятильники с автоматическими реле времени и режима. Наличие автоматики позволяет медсестре или санитарке, производящей кипячение инструментов, рационально использовать время кипячения (до специального сигнала, который звучит по окончании работы кипятильника) для другой работы.

Колонофиброскоп

Колонофиброскоп – это эндоскопический прибор, предназначенный для диагностического исследования толстой кишки, причем сконструирован он по тем же принципам, что и другие эндоскопы, отличается от них лишь диаметром и длиной рабочей части.

Колонофиброскоп представляет собой длинную (около 1600—1900 мм) тонкую и очень гибкую трубку, на одном конце которой находится оптика для осмотра внутренних стенок толстой кишки. С другого конца располагается отдел управления колонофиброскопом: окуляр; рычаги управления изгибом, чтобы регулировать угол поворота трубки, а также соединительный волоконный кабель для передачи света от светового проектора.

Трубка имеет волоконное строение, точнее сказать, состоит из специального стекла, каждое волокно покрыто материалом, который имеет низкий показатель преломления, что обеспечивает полное внутреннее отражение пучка света и предотвращает его рассеивание. Расположение торцов волокон на входе световода точно соответствует их расположению на выходе, что обеспечивает минимальное искажение изображения. А это имеет огромное значение при исследованиях.

Первые попытки исследования с помощью колонофиброскопа ободочной кишки были предприняты в 1953 г. Однако метод не нашел широкого распространения из-за опасности развития значительных осложнений.

Появление гибких колонофиброскопов (1963 г.) с волоконной оптикой открыло перспективы для эндоскопического обследования толстой кишки. Неуправляемый колонофиброскоп вводился по специальным трубкам. Все способы введения аппарата в толстую кишку по специальному зонду, проведенному через рот до анального отверстия, а также посредством тонкой синтетической струны, которая проходит через инструментальный канал колонофиброскопа, не получили распространения.

Достаточно существенными недостатками являются длительность пассажа проводника и невозможность применения его при различных препятствиях в кишечнике.

Современные колонофиброскопы с управляемым дистальным концом позволили сделать возможным ретроградное проведение его во все отделы толстой кишки, причем без каких-либо проводников и направителей.

Колонофиброскоп получил достаточно широкое распространение в медицинской практике, в частности с его помощью можно проводить такие манипуляции, как плановая диагностика толстой кишки, экстренная диагностика, а также лечебная колоноскопия, в которую включены удаление инородных тел, электрокоагуляция или электроэксцизия полипов, остановка различных видов кровотечений, прицельное введение лекарственных препаратов. В зависимости от длины рабочей части колонофиброскопы делятся на две группы: сигмоскопы, которые имеют длину гибкой трубки до 1100 мм, и собственно колонофиброскопы, их длина колеблется в промежутке 1600—1900 мм.

Также для выполнения различного рода хирургических манипуляций используют колонофиброскопы специального назначения: с двумя инструментальными каналами для большего удобства при проведении операций или обследований. И еще наиболее современные аппараты позволяют проводить фото– и видеосъемку. Эти качества обеспечивают удобство при проведении исследований.

Кольпоскоп

Кольпоскоп – это аппарат, внешне напоминающий микроскоп, предназначенный для диагностического исследования неконтактным методом слизистой оболочки влагалищной части шейки матки.

Кольпоскоп состоит из оптической бинокулярной головки, основания и штатива. Бинокулярная головка представляет собой совокупность следующих компонентов: окуляра для рассматривания взятого препарата; осветителя; рабочего тубуса и механизма фокусировки – он представляет собой небольшой вентиль, который способствует четкому изображению препарата при его исследовании.

Основание и штатив по-другому можно назвать опорной системой, поскольку именно они поддерживают оптическую головку. Головка кольпоскопа может регулироваться и устанавливаться врачом в любое удобное ему положение. Кратность увеличения окуляров равна: 4; 6; 10; 16; 25 и соответственно диаметр поля зрения составляет 45; 29; 18; 11,3; 7,2 мм. Свободное расстояние от объектива до объекта составляет 195 мм, это так называемое рабочее расстояние кольпоскопа.

Первый в мире кольпоскоп был сконструирован Х. Хинзельманном в 1925 г. Он применил его для изучения разных характеристик патологических изменений шейки матки.

В Россию аппарат и вообще вся методика кольпоскопии дошли несколько позднее в 1928 г. Наибольшей известностью из всех зарубежных кольпоскопов пользуются приборы фирмы «Цейсс», Германия.

В СССР в медицинских учреждениях благодаря Ленинградскому производственному объединению «Красногвардеец» с 1969 г. появился бинокулярный кольпоскоп КС-1.

Современные кольпоскопы мало чем отличаются от КС-1. Дополнительно они имеют лишь некоторые качества и характеристики, которые в свою очередь позволяют наиболее точно рассмотреть исследуемый препарат. Данный аппарат применяется для диагностического исследования всей слизистой оболочки влагалища, стенок влагалища и наружных половых органов, другими словами, очень широко применяется в гинекологии. Простая и безопасная техника исследования кольпоскопом доступна абсолютно каждому врачу. Прибор подводится к гинекологическому креслу.

Из всех модификаций кольпоскопа стоит отметить следующие: кольпоскоп, позволяющий производить исследование одновременно двум врачам; кольпоскоп с демонстрационной насадкой (ДН-1); кольпоскоп с фотоприставкой (ФПК-1), с помощью которой можно фотографировать исследуемый объект.

Комплекс суточного мониторирования электрокардиограммы и артериального давления

Комплекс суточного мониторирования электрокардиограммы и артериального давления – это комплекс устройств, который показывает изменения нормальной функциональности сердечной мышцы и перепады артериального давления у больного, которому назначается только постельный режим.

Другими словами, комплекс суточного мониторинга электрокардиограммы и артериального давления отображает на дисплее функциональную работу сердца больного, показывает артериальный пульс и артериальное давление 24 ч в сутки, и в любой момент дня и ночи можно наблюдать за отклонениями или за стабилизацией и нормализацией всех необходимых показателей. Стоит отметить, что подобная аппаратура находится, как правило, в реанимационных медицинских учреждениях.

Данный комплекс суточного мониторирования включает в себя такие приборы, как компьютерный электрокардиограф, компьютерный тонометр и компьютерную систему оповещения о достаточно резких отклонениях от нормы и электрокардиографа, и тонометра.

Компьютеризированная система оповещения

Третьей по счету частью в комплексе суточного мониторирования является компьютеризированная система оповещения об отклонениях от нормы показаний электрокардиографа и тонометра. В том случае, если у пациента, который находится под контролем комплекса, происходят резкие отклонения от нормы в показателях артериального давления и артериального пульса или наблюдается отсутствие данных показателей, то происходит громкое предупреждение в виде продолжительного свистоподобного сигнала. И он будет работать достаточно долгое время, а точнее, до тех пор, пока не отреагируют медсестра или врач и не отключат его.

Подобная система нашла очень широкое применение в реанимационных отделениях, поскольку находиться со всеми пациентами одновременно медицинский персонал не имеет возможности, а громкость сигнала значительная, поэтому обязательно кто-нибудь услышит и примет необходимые меры.

Таким образом, комплекс суточного мониторирования электрокардиограммы и артериального давления является наиболее прогрессивным аппаратом в медицинской реанимационной технике, благодаря которому осуществляется постоянный контроль за всеми жизненными показателями пациентов, что имеет очень большое значение в реанимационных отделениях.

Компьютерный томограф

Компьютерный томограф – это прибор, принцип работы которого заключается в круговом просвечивании объекта рентгеновским излучением с последующим построением послойного изображения данного объекта при помощи быстродействующей ЭВМ.

Стоит сразу обратить внимание на тот факт, что компьютерная томография имеет целый ряд преимуществ по сравнению с обычными рентгенологическими методами исследования, но наиболее принципиальным преимуществом является возможность определения плотности тканей и сред организма при помощи денситометрии, за счет чего становится возможным процесс тонкого дифференцирования исследуемого субстрата, в качестве примера можно привести жидкую или свернувшуюся кровь, заполненную жидкостью кисту или опухоль, границы отека ткани и т. п. Также из достоинств компьютерной томографии можно отметить то, что данный метод исследования дает возможность установить локализацию и распространенность патологического процесса в определенном органе или же разных тканях организма, проследить динамику различных патологических физиологических процессов и оценить результаты лечения.

Компьютерная томография позволяет осуществлять тонометрию исследуемых объектов при определенном планировании лучевой терапии, выбирать те или иные подходы и объем оперативного вмешательства, осуществлять стереотаксическую биопсию внутричерепных опухолей и многое другое.

Вообще идею послойного рентгенологического исследования впервые высказал в 1901 г. французский ученый Э. Босаж. Практическая разработка данного метода была осуществлена в Голландии Цидзес де Плантом – 1931 г. и в России В. И. Фемтистовым – 1935 г. Что же касается компьютерной томографии, то все математические принципы были обоснованы А. Кормаком уже в 60-х гг. XX в.

Первое официальное свидетельство о применении компьютерной томографии для исследования головы человека сделано Г. Н. Хаунсфилдом и К. Амброусу в 1972 г. В 1974 г. Д. Ледли был создан первый компьютерный томограф для всего человеческого тела.

Каждый компьютерный томограф имеет сканирующее устройство, которое состоит из источника рентгеновского излучения, определенных детекторов, которые принимают излучение рентгена, и системы, обеспечивающей их перемещение. Также компьютерный томограф включает в себя систему преобразования регистрируемой детекторами информации, специализированную ЭВМ. Она производит необходимые для построения изображения вычисления по определенному алгоритму и систему записи и воспроизведения реконструированных изображений внутреннего строения достаточно тонких слоев объекта в поперечном сечении. Само сканирующее устройство современного компьютерного томографа представлено в виде круговой рамы, внутри которой установлены специальная вращающаяся рентгеновская трубка и расположенные кольцом многочисленные сцинтилляционные детекторы.

В процессе работы компьютерного томографа рентгеновская трубка вращается вокруг объекта или же какой-то области тела человека, находящейся внутри рамы сканера. Также при работе томографа тонкий коллимированный пучок рентгеновского излучения проходит через просвечиваемый слой под разными углами.

При прохождении пучка излучения через исследуемые ткани различной плотности интенсивность его ослабляется, изменение регистрируется детекторами, данные передаются для специальной обработки ЭВМ. Как известно, различные органы и ткани человека поглощают рентгеновское излучение в неравной степени, другими словами, они имеют различные коэффициенты поглощения. Именно благодаря ЭВМ устанавливается значение коэффициента поглощения рентгеновского излучения для каждой точки сканируемого слоя. После сложной обработки в ЭВМ компьютерного томографа всего массива коэффициентов поглощения в просвеченном слое машина выдает их в условной шкале целых чисел, причем величина коэффициента рентгеновского излучения водой принимается равной нулю. Масштаб шкалы плотностей выбран таким образом, что содержащиеся в организме человека ткани и среды находятся в диапазоне условных единиц от -1000 (что приравнивается к плотности воздуха) до +1000 (что приравнивается к плотности кости).

Для процесса визуализации изображения вычислительная машина выводит на экран телевизионного устройства величины поглощения рентгеновского излучения не только в определенных условных КТ-единицах, но может и преобразовывать их в градацию световой яркости, причем большим значениям плотности соответствует более светлое изображение, и наоборот. На экране компьютерного томографа одновременно воспроизводится 15—20 воспринимаемых человеческим глазом градаций серого изображения. Но при исследовании слоя или среды могут быть использованы специальные приемы денситометрии, а именно модуляция яркости, что дает возможность улавливать 0,5%-ное различие в коэффициенте поглощения.

Поглощенная доза рентгеновского излучения при компьютерной томографии в среднем не превышает 1—2 рад. В зависимости от того, каковы задачи исследования и размеры излучаемой области, производят различное количество поперечных срезов на разном расстоянии друг от друга. По тем данным, которые введены в память ЭВМ, могут быть реконструированы изображения боковой прямой, а иногда – и косых поперечных проекций изучаемой области.

Компьютерная томография осуществляется, как правило, в положении больного лежа на спине. Противопоказаний компьютерная томография не имеет, кроме индивидуальной непереносимости рентгеноконтрастных препаратов. Больные легко переносят данное исследование, поэтому его можно производить в амбулаторных условиях, а также в том случае, если исследуемый тяжело болен.

Современные компьютерные томографы позволяют определить слои толщиной от 2 до 10 мм при скорости сканирования одного слоя 2—5 с с моментальным воспроизведением изображения в черно-белом или цветном варианте. Изображение просвеченного слоя с телевизионного экрана может быть переснято фотокамерой моментального действия или же воспроизведено на обычной листовой рентгеновской пленке с помощью специального устройства, причем формат изображения можно произвольно изменять.

У совершенствованные компьютерные томографы третьего и четвертого поколений дают возможность производить компьютерную томографию как головы, так и всего тела, а также решать сложные диагностические задачи.

Магнитно-резонансный томограф

Магнитно-резонансный томограф – это прибор, предназначенный для рентгенологического исследования, принцип работы заключается в получении теневого изображения идеальных слоев исследуемых объектов, расположенных на разной глубине, за счет избирательного поглощения электромагнитного излучения. Это обусловлено переориентацией магнитных моментов атомных ядер, которые находятся в постоянном магнитном поле.

Магнитно-резонансный томограф включает в себя такие составляющие, как магнит – центральная часть томографа, создает то самое необходимое поле напряженностью до 10 Т и более; генератор радиочастотных колебаний для выработки необходимого потока электронов; приемник, который является пространством для помещения исследуемого; а также регистрирующее устройство. Запись спектров проводится двумя способами: через изменение величины магнитного поля с последующим созданием резонансных условий для разных линий в самом спектре магнитно-резонансного излучения либо через возбуждение резонанса сразу и одновременно во всей полосе спектра с помощью мощного радиочастотного импульса, что способствует достаточно резкому сокращению времени измерения.

В основе работы магнитно-резонансного томографа лежит явление ядерного магнитного резонанса. Само явление основано на том факте, что ядра атомов большинства химических элементов обладают определенным моментом количества движения и постоянным магнитным моментом, за исключением ядер, обладающих четным числом протонов и нейтронов. Если поместить в постоянное магнитное поле магнитный момент системы ядер подобно вращающемуся волчку, который выведен из вертикального положения, то движение данного магнитного момента по поверхности конуса будет осуществляться с вращением вокруг оси направления поля, данное явление получило еще одно название как прецессионное движение, причем данное вращение совершается с определенной частотой, которую можно вычислить, зная константу для каждого вида ядер, а также напряженность постоянного магнитного поля. Дальнейшее воздействие переменного электромагнитного излучения вместе с данной частотой на те ядра, которые находятся именно в постоянном магнитном поле, в основном приводит к избирательному, или резонансному, поглощению всей энергии электромагнитного излучения и, как следствие, к получению сигнала магнитного резонанса.

Ядрам соответствуют разнообразные частоты резонанса, которые в основном находятся в пределах от единиц до нескольких сотен мегагерц в тех магнитных полях, напряженность которых составляет порядка 1—10 Т. Как правило, данную область частот относят к радиочастотному диапазону электромагнитных волн, за счет чего магнитный резонанс считается одним из методов радиоспектроскопии.

В итоге применение магнитного резонанса для структурного исследования основано на том, что, кроме внешнего магнитного поля, на само ядро в веществе действуют и различные внутренние поля. За счет их влияния происходит сдвиг частоты резонанса и расщепление на несколько или же множество резонансных линий, другими словами, за счет действия внутренних полей происходит образование спектра магнитного резонанса и изменение формы линии времени релаксации. А изучение спектров магнитного резонанса в свою очередь позволяет определить некоторые выводы о химической и пространственной структуре различных веществ, даже не производя химического анализа данного объекта.

Таким образом, картину пространственного распределения отдельных видов молекул в организме получают именно при помощи магнитно-резонансного томографа. При этом происходит создание за счет последовательно приложенных градиентов магнитного поля по разнообразным направлениям такого распределения магнитного поля, чтобы именно в данный момент различным элементам объема в пределах одного изучаемого сечения соответствовали свои определенные, характерные для их местоположения частоты резонанса.

Изменение градиентов во времени и специальная обработка всех результатов измерений осуществляется с помощью ЭВМ, что позволяет получить определенную пространственную картину распределения молекул, которые могут содержать различные атомы водорода или фосфора. Также необходимо обратить внимание, что при регистрации магнитно-резонансного изображения амплитуда самого резонанса в каждом элементе объема может быть выражена посредством интенсивности освещения или в цветовой шкале.

Таким образом, кровеносные сосуды при магнитно-резонансной томографии выглядят достаточно темными вследствие оттока крови из исследуемого объекта за все время измерения. В случае с магнитным моментом ядер в различных элементах объема может быть измерено время релаксации (расслабления), в частности по уменьшению амплитуды резонанса, которая не успевает полностью восстановиться при достаточно большой частоте следования импульсов. Это способствует увеличению контрастности в изображениях различных тканей, что широко используется в медицинской практике, например для различения изображения серого вещества мозга и белого вещества или опухолевых клеток и здоровых.

Сам метод магнитно-резонансной томографии нашел широкое применение в медико-биологических исследованиях, поскольку имеет огромное количество достоинств, в частности одним из преимуществ данного метода является его высокая чувствительность в изображении мягких тканей, а также достаточно высокая разрешающая способность вплоть до долей миллиметра. И при помощи магнитно-резонансного томографа можно получить изображение исследуемого объекта абсолютно в любом сечении. Именно на этой основе могут быть реконструированы объемные изображения отдельных органов.

Стоит отметить, что получение изображения с помощью данного метода может быть синхронизировано с определенными циклами физиологических процессов, что также имеет немаловажное значение в медико-биологических исследованиях. Помимо всего вышеперечисленного, магнитно-резонансную томографию применяют для установления структуры биологически активных веществ и изучения механизмов их действия. По спектрам магнитного резонанса можно определить особенности структуры биополимеров в водной среде и ее изменения при их взаимодействии с субстратом и биологически важными веществами.

Еще спектры применяются для анализа липидного состава мембран, их фазового состояния, взаимодействия липидов с белками и другими веществами для определения положения в мембранах различных необходимых соединений, проницаемости мембран, состояния и количественной характеристики разных ионов в клетках, для определения продуктов биологических реакций. При помощи метода магнитно-резонансной томографии появилась возможность измерять количество АТФ и других макроэргических соединений и их изменения непосредственно в организме исследуемого. Но наиболее важной особенностью метода является низкая энергия используемых в магнитно-резонансных томографах излучений, что существенно снижает их вредное воздействие на организм человека. Данная особенность значима для таких наук, как медицина и биология.

Компьютерный тонометр

Компьютерный тонометр измеряет у пациента одновременно и артериальное давление, и артериальный пульс, которые отображаются на дисплее комплекса суточного мониторирования. Устройство включает следующие компоненты: коммутатор отведения, усилитель создаваемых сердечным сокращением пульсовых волн, регистрирующее устройство и систему вывода результатов на дисплей комплекса суточного мониторирования. Как правило, артериальное давление и артериальный пульс регистрируются на верхних конечностях, поэтому специальные накладки, которые и регистрируют данные показатели, фиксируются именно на верхних конечностях больного.

Принцип работы компьютерного тонометра абсолютно ничем не отличается от обыкновенного тонометра. Единственная небольшая разница заключается в том, что в компьютерном тонометре регистрация и вывод на дисплей всех необходимых показаний осуществляется при помощи совместимых компьютерных программ, которые заранее заложены в структуру комплекса суточного мониторирования.

Таким образом, компьютерный тонометр – максимально удобный аппарат, главной характеристикой которого является способность показывать одновременно не только уровень артериального давления и артериального пульса пациента, но и отклонения от нормы.

Компьютерный электрокардиограф

Компьютерный электрокардиограф – это прибор, предназначенный для усиления и регистрации электрических потенциалов, возникающих на поверхностях тела, а также в глубине биологических тканей и в полостях внутренних органов в результате электрических процессов, которыми сопровождается распространение возбуждения по сердцу. Несмотря на тот факт, что весь комплекс суточного мониторирования заключен в единый корпус и представляет собой небольшой аппарат цилиндрической формы, в нем присутствуют элементы каждого из вышеперечисленных устройств.

Таким образом, электрокардиограф представляют следующие основные компоненты: коммутатор отведений, усилитель биопотенциалов, регистрирующее устройство и компьютерное устройство калибровки. Принцип работы данной части комплекса суточного мониторирования заключается в том, что электрический сигнал, который снимается с поверхности тела, полостей внутренних органов или из глубины тканей посредством электродов, через кабель отведений поступает на коммутатор отведений, а затем на вход усилителя биопотенциалов. После чего усиленный до определенной величины сигнал поступает на вход регистрирующего устройства, которое является полностью цифровым и отображает полученные результаты на дисплее комплекса суточного мониторирования с помощью специальной компьютерной программы.

Главным компонентом данной системы являются электроды, за счет которых и осуществляется снятие электрического сигнала с конечностей пациента. При этом используются три стандартных отведения: при записи в I отведении электрод правой руки соединен с минусом электрокардиографа (отрицательный электрод), а электрод левой руки – с плюсом (положительным электродом), ось самого отведения располагается горизонтально. Именно в этом отведении чаще всего регистрируются все показания.

Компьютерный электрокардиограф в комплексе суточного мониторирования – это самая современная система регистрации электрических биопотенциалов сердечной мышцы, предназначена для тяжелобольных дооперационного и послеоперационного периода в реанимационных отделениях.

Микроскоп

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений каких-либо объектов или деталей структуры этих объектов, которые не видимы невооруженным глазом.

Вообще микроскоп представляет собой систему, состоящую из двух линз, но для того чтобы получить полностью ожидаемую картинку или изображение, необходимы еще некоторые компоненты, благодаря которым обеспечивается наибольший комфорт для ученого при исследовании.

Таким образом, само устройство микроскопа включает в себя достаточное количество различных составляющих. Микроскоп крепится на массивном штативе (его еще называют основанием). Данное основание снабжено специальным кронштейном, внутри которого располагается коробка микромеханизма, чтобы можно было осуществить тонкую настройку тубуса микроскопа. Помимо этого, коробка микромеханизма имеет определенную направляющую для кронштейна конденсора. С верхней стороны к этой же коробке микромеханизма с помощью особого кронштейна прикреплен вращающийся центрирующий столик.

Дугообразный тубусодержатель в нижней своей части снабжен микровинтом с двумя барашками, предназначенными для движения тубуса. Верхняя часть тубусодержателя снабжена снизу головкой для крепления револьвера с гнездами для объективов, которые бывают с разным значением увеличения, а сверху – специальным посадочным гнездом для крепления сменных тубусов.

Тубусодержатель – это насадка, заканчивающаяся головкой, на которой крепится монокулярный или бинокулярный тубус. На предметном столике располагается устройство, позволяющее перемещать рассматриваемый препарат в перпендикулярном направлении относительно друг друга.

Отсчет данного передвижения препарата в том или ином направлении может быть произведен по шкалам с точностью до 0,1 мм. Присутствует на тубусодержателе микровинт тубуса, который позволяет регулировать четкость изображения.

Для того чтобы исследование препаратов становилось более комфортным в плане удобства просмотра изображения, под предметным столиком располагается зеркало, с помощью которого направляются лучи света на препарат посредством отражения от данного зеркала.

Впервые о способности системы, состоящей из двух линз, увеличивать изображение предметов узнали оптики-ремесленники Нидерландов и Северной Италии в XVI в. Существует мнение, что примерно в 90-е гг. XVI в. был построен первый прибор, напоминающий микроскоп, изобретателем считается З. Янсен в Нидерландах.

Сначала появились простые микроскопы, которые состоят из одного объектива, а уже позже стали сооружаться наиболее сложные микроскопы, в которых, помимо объектива, присутствовал также и окуляр. Достаточно быстрое распространение и совершенствование микроскопа началось после 1610 г., когда Г. Галилей стал использовать после небольшого усовершенствования собственноручно сконструированную трубку как своеобразный микроскоп, изменяя расстояние между объективом и окуляром.

Немного позднее (1624), добившись изготовления короткофокусных линз, Г. Галилей смог значительно уменьшить габариты своего микроскопа. Можно считать, что так называемый микроскоп, созданный Г. Галилеем, являлся как бы предпосылкой к созданию современных и функциональных приборов.

Впервые термин «микроскоп» был предложен в 1625 г. Римской «Академии красивых» И. Фабером. А первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследовательских работах, были достигнуты Р. Гуком, первым ученым, который смог описать растительную клетку при помощи микроскопа (1665).

А. Левенгук в своих работах с помощью того же самого микроскопа смог обнаружить различные простейшие организмы, детали строения костной ткани (1673—1677).

В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, изобрел окуляр современного типа.

В 1673 г. Я. Гавелий ввел микровинт, а другой ученый Г. Гертель предложил поместить под предметный столик небольшое зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые в нынешнее время входят в состав современного микроскопа.

В начале XVIII в. микроскоп появился в России. 1827 г. – Б. Амичи впервые разработал иммерсионный объектив для микроскопа.

Конец XVIII – начало XIX вв. – предложена конструкция и дан расчет ахроматических объективов.

1850 г. – английский оптик Г. Сорби первым сконструировал микроскоп, предназначенный для наблюдения объектов в поляризованном свете.

1903 г. – Р. Жигмонди и Г. Зидентопф создали ультрамикроскоп.

1911 г. – Ф. Саньяк смог описать первый двулучевой интерференционный микроскоп. В середине ХХ в. был изобретен электронный микроскоп.

Отраженные зеркалом лучи света собираются конденсором, который в свою очередь состоит из нескольких линз, вмонтированных в металлическую оправу, которая закрепляется винтом в гильзе специального кронштейна конденсора и по сути представляют собой светосильный короткофокусный объектив. Светосила (апертура) конденсора зависит от количества линз.

Конденсор для отраженного света представляет собой кольцеобразную зеркальную или же зеркально-линзовую систему вокруг объектива, так называемый эпиконденсор.

В промежутке между зеркалом и самим конденсором располагается ирисовая диафрагма (ирис-диафрагма), имеется еще одно название: апертурная диафрагма.

Поскольку степень ее раскрытия регулирует апертуру конденсора, которая всегда должна располагаться несколько ниже апертуры применяемого объектива.

Также диафрагма в конденсоре может располагаться между его отдельными линзами. После прохождения лучами всей данной сложной системы они попадают на предметный столик, а точнее, на исследуемый препарат, тем самым освещая его.

Микроскоп получил достаточно широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности, так, он широко применяется в различных научных целях, исследовательских дисциплинах, в медицине и во многих других сферах.

В связи с этим появилось много разновидностей обычного микроскопа, в зависимости от того, где он используется: биологический, стереоскопический, контактный, темнопольный, фазово-контрастный, интерференционный, ультрафиолетовый, инфракрасный, поляризационный, люминесцентный, рентгеновский, сканирующий, телевизионный, голографический, электронный, микроскопы сравнения. Все они, по сути дела, созданы на базе обычного микроскопа.

Миостимулятор

Миостимулятор – это прибор, предназначенный для усиления и последующей регистрации биопотенциалов мышц, а также используемый для непрямой стимуляции мышц.

Все современные миостимуляторы являются электрическими и работают от обычной сети переменного тока, причем данные приборы получили определенное название – электромиостимулятор.

Сам же миостимулятор представляет собой сложное устройство, которое включает: специальные электроды для снятия биопотенциалов сердца, а также электроды для стимуляции мышц; усилительный блок; осциллоскоп, отображающий кривую биопотенциалов мышц, и другие устройства, применяемые в основном для стимуляции мышц.

Достаточно значимой частью миостимулятора являются электроды как для снятия биопотенциалов мышц, так и для их стимуляции.

Электроды подразделяются на поверхностные и игольчатые, каждый из которых имеет свои специфические особенности.

Поверхностные электроды в основном изготавливают из токопроводящих металлов, причем такие металлы должны обладать антикоррозийными свойствами. Как правило, для подобных целей применяется серебро или смесь данного металла с хлористым серебром.

Игольчатые электроды выполняют чаще в виде тонкого сплошного стержня диаметром до 0,6 мм. Усиленные биопотенциалы мышц отображаются на экране осциллографа, причем миостимуляторы имеют несколько независимых друг от друга блоков, что позволяет одновременно исследовать четыре электромиографических сигнала. Это имеет немаловажное значение для дальнейшего процесса стимуляции, поскольку именно перед ней осуществляется регистрация биопотенциалов мышц для определения показания или противопоказания к процессу стимуляции.

Диапазон амплитуд электромиографического сигнала лежит в пределах от единиц микровольт до нескольких десятков милливольт. Частота следования сигналов колеблется в пределах от 0,5 Гц до нескольких сотен герц. Как известно, все регистрируемые в мышце биопотенциалы генерируются за счет мышечных волокон.

В нормальных условиях возбуждение мышечных волокон происходит только в случае поступления к ним импульса по двигательным аксонам. В этом случае возбуждаются одновременно все мышечные волокна, которые иннервируются одним аксоном, т. е. входят в состав одной двигательной единицы. Потенциал отдельной двигательной системы может быть зарегистрирован только при произвольном усилии.

За счет того, что увеличивается сила сокращения, возбуждается все более значимое количество двигательных единиц, и соответственно увеличивается частота их импульсации. В этом случае регистрируемые биопотенциалы представляют собой результат суммирования всех двигательных единиц мышц.

Учитывая все вышеперечисленные характеристики и в зависимости от целей исследования, электромиостимуляцию проводят при трех условиях: во время полного расслабления мышцы, при различной степени ее произвольного напряжения и при стимуляции мышцы путем раздражения иннервирующего ее нерва.

Наиболее интересным и значимым является условие стимуляции мышцы посредством раздражения иннервируемого нерва. В данном случае происходит регистрация нескольких колебаний ее потенциала. Наиболее важной характеристикой является М-ответ, отражающий возбуждение мышечных волокон вследствие распространения волны возбуждения по моторным аксонам нерва к мышце. Амплитуда М-ответа в основном зависит от количества аксонов, возбуждаемых при стимуляции нерва.

В том случае, когда применяемая сила тока превышает на 50% силу тока, необходимую для получения максимальных значений М-ответа, происходит стимуляция всех аксонов и, как следствие, всех двигательных единиц данной мышцы. В итоге амплитуда ответа свидетельствует о числе иннервированных волокон в мышце, а его правильная двухфазная форма говорит о синхронности проведения возбуждения по отдельным аксонам. Если происходит снижение или увеличение амплитуды ответа при повторном обследовании, то это свидетельствует об уменьшении или увеличении числа иннервированных волокон. За счет данных особенностей изменение амплитуды М-ответа при непрямой стимуляции мышцы супрамаксимальной силой тока достаточно широко применяется для исследования нервно-мышечной передачи.

Таким образом, у здоровых людей при стимуляции с частотой 3 импульса в секунду амплитуда М-ответа не изменяется. Если же у больных присутствуют поражения синапсов, то при стимуляции мышц в тех же условиях отмечается снижение амплитуды последующих ответов с максимумом к 5-му ответу, что говорит о выключении определенного числа мышечных волокон. Изменение амплитуды М-ответа при непрямой стимуляции мышцы с частотой 50 импульсов в секунду применяется в клинической практике для изучения состояния системы секреции и ресинтеза ацетилхолина. В данном случае при нарушении функции нервно-мышечной передачи регистрируется достаточно низкая амплитуда М-ответа.

Таким образом, в целом изменения М-ответа и его амплитуды отображают нарушения нормальной функциональной деятельности нервной системы больного. Это особенно важно для того, чтобы определить, возможно ли данному пациенту производить прямую стимуляцию мышц. Если не произвести подобную диагностику, но произвести больному стимуляцию мышц при помощи электромиостимулятора, а у него обнаружатся нарушения в нервно-мышечной передаче, данное лечебное мероприятие может привести к необратимым последствиям.

В современных миостимуляторах, помимо основных блоков, имеются дополнительные устройства – интегратор, анализатор и репродуктор для прослушивания звукового сопровождения. Дальнейшее совершенствование электромиостимуляторов идет по пути автоматизации управления работой прибора, автоматизации обработки при помощи микро-ЭВМ.

Облучатель бактерицидный настенный

Облучатель бактерицидный настенный – это устройство, при помощи которого осуществляется процесс измельчения различных микроорганизмов, находящихся в воздухе, за счет ультрафиолетовых лучей.

Основным элементом настенного облучателя являются бактерицидные лампы. Их количество сравнительно небольшое в отличие от передвижного: установлены одна или две лампы, которые располагаются с обеих сторон от ограждения.

Данные бактерицидные лампы имеют относительно низкое давление и излучают определенные ультрафиолетовые лучи, длина волн которых составляет 253,7 нм, причем она считается достаточно близкой к максимуму бактерицидного действия лучистой энергии.

Для зажигания бактерицидных ламп, как правило, применяются специальные лампочки тлеющего разряда – стартеры. В настенном бактерицидном облучателе используются TUV-30W или ДБ-30. Эти лампы включаются в сеть переменного тока, которая обладает частотой 50 Гц, напряжением 220 В, последовательно (естественно, в том случае, если бактерицидных ламп две) со специализированным балластным сопротивлением, оно, в свою очередь, способствует ограничению силы тока.

Еще одно устройство, которое служит для корректировки работы настенного облучателя, а именно для уничтожения высокочастотных помех по напряжению питания в самом бактерицидном облучателе, – специальный фильтр низких частот.

По своей конструкции, т. е. по внешнему виду, настенный бактерицидный облучатель состоит из металлопластикового основания; каркаса с патронами – одного либо двух в зависимости от количества бактерицидных ламп – и специальной перегородки, которая служит для разграничения ламп в том случае, если их две.

Также неотъемлемой частью настенного облучателя является трехжильный шнур, длина которого может быть от 3 м.

Впервые мысль о необходимости стерилизации различных медицинских инструментов в специализированных помещениях, внутри медицинских учреждений, а также о дезинфекции воздуха в этих же помещениях возникла еще в XVII—XVIII вв. Но тогда ученые столкнулись с некоторыми затруднениями. Решение было найдено в ХХ в., кода впервые был изобретен бактерицидный облучатель с применением ультрафиолетовых лучей. С этого времени различные виды бактерицидных облучателей нашли достаточно широкое применение в различных сферах жизни.

Процесс кварцевания (процесс обеззараживания воздуха в медицинских и других помещениях) посредством использования настенного бактерицидного облучателя нашел свое применение в медицинских учреждениях, в частности в таких местах, как стационарные, послеоперационные, манипуляционные, реанимационные палаты и палаты интенсивной терапии, также в микробиологических учреждениях, в основном это лаборатории.

В том случае, если то или иное помещение имеет площадь до 20 м2, применяется настенный облучатель с одной бактерицидной лампой, а если площадь колеблется от 20 до 40 м2, применяются настенные облучатели с двумя бактерицидными лампами. Иногда в одном месте используются не один облучатель, а несколько. Это необходимо для того, чтобы обеспечить максимально результативный процесс стерилизации воздуха.

В настоящее время применяются двойные облучатели, но содержащие одну бактерицидную лампу и одну лампу дневного света. Это сделало более удобными процессы освещения комнаты и ее же стерилизации. Но при этом наблюдаются некоторые изменения в структуре облучателя, поскольку бактерицидная лампа и лампа дневного света имеют разные характеристики.

Чтобы осуществить процесс кварцевания в помещении, необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

  1) по требованиям электробезопасности облучатель относится к классу 1 и типу защиты В;

  2) облучатель должен быть заземлен;

  3) к работе с облучателем допускаются лица, изучившие инструкцию и прошедшие инструктаж по технике безопасности;

  4) при обслуживании облучателя персоналу следует пользоваться средствами индивидуальной защиты органов зрения и кожи, не пропускающими ультрафиолетовые лучи;

  5) облучатель следует устанавливать на максимальное расстояние от места включения, но не менее 3 м, во избежание облучения персонала. Время нахождения персонала в дезинфицируемом помещении не должно превышать 2 мин;

  6) посторонние лица из облучаемого помещения должны быть удалены до начала работы облучателя;

  7) при замене ламп и пусковых устройств, устранении неисправностей, дезинфекции и очистке от пыли облучатель необходимо отключить от сети.

Облучатель бактерицидный передвижной

Облучатель бактерицидный передвижной – это устройство, предназначенное для обеззараживания воздуха в различных достаточно больших помещениях посредством ультрафиолета, который обладает данным свойством.

Существует три вида бактерицидных облучателей: передвижной, настенный и потолочный, каждый из которых обладает своими определенными свойствами и характеристиками. Бактерицидный облучатель передвижной по своей конструкции мало чем отличается от облучателя бактерицидного настенного. Он состоит из нескольких бактерицидных ламп. Чаще всего их количество составляет от трех до семи.

Для того чтобы подавить высокочастотные помехи по напряжению питания, которые могут возникать в процессе работы облучателя, в лампах применяются специальные фильтры низких частот, способные убирать возникающие помехи.

Бактерицидный облучатель состоит из металлического основания с роликами для удобства его перемещения из одного помещения в другое, каркаса с патронами, именно на данной детали прибора крепятся бактерицидные лампы, и ручки, которая служит для перемещения облучателя, а также для ограждения ламп.

Подсоединение бактерицидного облучателя к сети питания осуществляется при помощи трехжильного шнура питания длиной около 4,5 м. Это необходимо для того, чтобы было удобно перемещать облучатель от сети питания, поскольку в разных помещениях она может находиться в неудобных для размещения облучателя местах.

История прибора началась достаточно недавно, поскольку уровень техники, производимой ранее, не позволял максимально легко обеззаразить воздух в помещениях.

Само обеззараживание воздуха при помощи передвижного бактерицидного облучателя называется процессом кварцевания. Его можно производить в таких помещениях, как различные лечебные учреждения (поликлиники, стационары, больницы и т. д.), бактериологические учреждения (в основном лаборатории, поскольку там присутствует непосредственный контакт с различными микроорганизмами), театры, залы просмотра кинофильмов (кинотеатры), школы, спортивные комплексы, а также цехи промышленных предприятий и других мест массового пребывания людей, в которых невозможно или малоэффективно применение настенного или потолочного типов облучателей.

В основном объектами являются общественные места с большой площадью. Еще бактерицидные передвижные облучатели не предназначены для установки и эксплуатации во взрывоопасных зонах.

Операционный светильник

Операционный светильник – это осветительный прибор, который используется только в операционных во время самой операции.

По своей конструкции операционный светильник устроен довольно просто и включает в себя такие компоненты, как штатив, на котором располагается достаточно большой держатель, сам держатель и определенное количество лампочек.

Штатив выполнен из достаточно прочного металла для того, чтобы он мог выдержать тяжелый держатель. Как правило, штатив хорошо и прочно зафиксирован к полу операционной комнаты. Это необходимо для того, чтобы во время операции не произошло падение операционного светильника на самого оперирующего.

Еще одной особенностью штатива является его возможность складываться и поворачиваться в нескольких местах. За счет этого во время операции операционный светильник может быть приближен или отдален от оперируемого. Также светильник может вращаться вокруг своей оси в пределах 180° и наклонять как сам штатив, так и держатель с лампочками.

За счет возможности поворачиваться в необходимой плоскости и с необходимым углом поворота оперируемая рана больного является максимально освещенной, что не может привести к непредвиденной ситуации во время операционного вмешательства.

Следующим компонентом операционного светильника является держатель для лампочек. Он имеет две плоскости: верхнюю, которая обращена от пациента наверх и в основном имеет плоскую или выпуклую поверхность; нижнюю, которая непосредственно обращена к пациенту и имеет вогнутую поверхность. На нижней поверхности располагается определенное количество лампочек, а именно 8.

Главной особенностью является тот факт, что каждая лампочка имеет форму шестиугольника, причем располагается по вогнутой схеме самой поверхности и под определенным углом. Подобная конструкция и расположение лампочек способствуют абсолютно полному освещению оперируемой раны. Но наиболее важно то, что при освещении раны данным светильником на поверхность раны не отбрасывается тень, за счет чего хирург полностью видит объект, который подлежит удалению.

Таким образом, операционный светильник является наиболее удобным и современным прибором для освещения в таких помещениях, как операционная комната. Поскольку ранее использовались обыкновенные лампы, толку от них было очень мало.

Со времени использования операционных светильников количество удачных операций значительно увеличилось, и операционная процедура стала максимально удобной как для пациента, так и для хирурга.

Офтальмоскоп

Офтальмоскоп – это прибор, выполненный в виде вогнутого зеркала округлой формы с отверстием посередине и использующийся для исследования глазного яблока посредством проходящего света. Как видно из определения, офтальмоскоп – это небольшая зеркальная линза с определенным отверстием посередине, причем она обладает рукояткой, которая может представлять собой либо длинненький штативчик, либо небольшой плоский держатель. Вот и вся конструкция обычного офтальмоскопа.

Принцип исследования заключается в следующем: лучи, которые идут от источника света, находящегося перед глазом, проходят через зрачок, затем преломляются в оптических средах на сетчатку и по закону сопряженных фокусов отражаются от нее и возвращаются сквозь те же самые преломляющие среды глаза в исходную среду, точнее, точку самого источника света.

В том случае, если источник света расположен сзади и слева от больного, а сам офтальмоскоп – перед глазом исследователя и с помощью зеркала может отразить лучи от источника света в глаза исследуемого, данные лучи вернутся из глаза исследуемого и посредством отверстия в зеркале попадут в глаз исследователя.

Данный процесс будет наблюдаться посредством красного свечения зрачка. Подобное свечение в основном зависит от рефлектирующих лучей с сетчатки, а также от просвечивания крови в сосудистой оболочке и окраски ретинального пигмента.

Необходимые факторы, способствующие нормальному протеканию офтальмоскопии, заключаются в том, что исследование проводится в темной комнате. В качестве источника света используется матовая электрическая лампа в 75—100 Вт, которая должна находиться сбоку с левой стороны на уровне глаз больного. Также исследователь должен садиться напротив исследуемого примерно на расстоянии 50 см.

Для исследования определенных деталей глазного дна пользуются офтальмоскопией в обратном и прямом виде. В первом случае исследования производят с использованием обычного офтальмоскопа, а также двояковогнутой линзы 13,0 D, которую помещают перед глазом исследуемого на расстоянии 7,7 см. В итоге лучи, которые идут от источника света, отражаются от зеркала, попадают в глаз исследуемого и вторично отражаются от освещенного участка глазного дна, после чего проходят через лупу, преломляются в ней, тем самым давая по законам физики между лупой и глазом исследователя действительно увеличенное и обратное изображение глазного дна, которое наблюдает исследователь через отверстие в самом офтальмоскопе. В итоге данного исследования у больного должна наблюдаться нормальная картина глазного дна, если обнаруживаются отклонения от норм, то это свидетельствует о различных патологиях.

Офтальмоскопия в прямом виде основана на законе сопряженных фокусов. Получив при помощи офтальмоскопа красный рефлекс с глазного дна, исследователь приближает свой глаз к глазу больного, добиваясь за счет этого ясного изображения глазного дна, другими словами, исследователь старается расположить свой глаз в сопряженном фокусе, в котором отразятся лучи от глазного дна исследуемого глаза.

При этом очень важно, чтобы преломляющая способность оптических систем глаза у исследуемого и исследователя была одинаковой. Это может быть достигнуто также при помощи оптических стекол, которые вставлены в диск, помещенный за отверстием рефракционного офтальмоскопа. При подобном исследовании получается прямое, мнимое и увеличенное в 15—16 раз изображение, что позволяет хорошо видеть детали глазного дна и определяет ценность данного метода.

Таким образом, за счет офтальмоскопа существует возможность оценить изменения сетчатки, зрительного нерва, сосудистой оболочки. Именно за счет этого офтальмоскопия глазного дна важна не только при заболеваниях глаза, но и при неврологическом исследовании, при заболевании сердечно-сосудистой системы, гипертонической болезни и др.

В современной технике применяют как обычные офтальмоскопы, так и усовершенствованные модели данного прибора, такие как электроофтальмоскоп – это, по сути, офтальмоскоп, в рукоятку которого вмонтирована яркая лампочка, являющаяся источником света.

Рентгеновская камера

Рентгеновская камера – прибор исследования атомной структуры в рентгеновском структурном анализе. Способ основан на дифракции рентгеновских лучей и ее отображении на фотопленке. Появление этого прибора стало возможным только после того, как немецкий ученый В. К. Рентген в 1895 г. открыл излучение, которое теперь называется рентгеновскими лучами, и изобрел рентгеновскую трубку. Принципиальная конструкция этой трубки сохранена и в современных рентгеновских приборах.

Рентгеновская трубка – это электровакуумный прибор, источник рентгеновского излучения. Ее конструкция состоит из металлического анодного стакана, стеклянной колбы, катода и анода, электростатической системы фокусировки электронов, окна для прохода рентгеновского излучения. Рентгеновские трубки применяются в различных приборах, имеющих разное исследовательское назначение.

Рентгеновская трубка для структурного анализа – это источник рентгеновского излучения для рентгеновской камеры. Рентгеновские камеры различаются по своей конструкции в зависимости от объекта исследований. Бывают рентгеновские камеры, исследующие монокристаллы и поликристаллы, производящие малоугловые рентгенограммы, а также используемые в рентгеновской топографии. Но конструкция любой рентгеновской камеры состоит из коллиматора, кассеты с фотопленкой, приспособления, на которое устанавливается исследуемый образец, и механизма движения этого образца. Коллиматор представляет собой цилиндрическую поверхность, на которой расположена целая система отверстий, щелей, определяющих расходимость и направление пучка первичного излучения (совместно с фокусом рентгеновской трубки). Но в некоторых конструкциях рентгеновских камер вместо коллиматора используются кристаллмонохроматор или поглощающие фильтры для выделения в пучке первичного излучения рентгеновского излучения с заданной длиной волны.

Приспособление, на котором устанавливается и закрепляется в держателе образец, сообщает образцу начальное положение относительно пучка первичного излучения и выводит образец на ось вращения – центрирует его. В рентгеновских камерах, исследующих монокристаллы, образец закрепляется на гониометрической головке. Гониометрическая головка – это механизм центровки образца, на котором взаимно перпендикулярно расположены две дуговые направляющие. В рентгеновской камере для рентгеновской топографии устройство, на котором закреплен образец, способно перемещаться вместе с фотопленкой. Кассета рентгеновской камеры, как правило, имеет плоскую или цилиндрическую форму. Она сообщает эту форму фотопленке и обеспечивает ее светозащиту. Ось цилиндрической кассеты совмещается с осью вращения образца, который расположен на поверхности цилиндра во время исследования. В рентгеновских камерах для топографии кассета и образец движутся синхронно. Движение исследуемого образца увеличивает качество измерений. Движение монокристаллов и поликристаллов способствует тому, что различные плоскости кристаллов выводятся в отражающее положение. В рентгеновской топографии движение образца увеличивает исследуемую поверхность. Устройство для держания образца бывает оборудовано дополнительными приспособлениями, создающими заданную температуру, вакуум, состав воздуха и защищающими устройства самой камеры. Также наблюдение образца в рентгеновской камере дает возможность изучить его в различных условиях, как в нормальных для него, так и при различных температурах, вакууме, при различных деформациях. Для наблюдения монокристаллов и поликристаллов рентгеновские камеры имеют различия в конструкции. Поликристаллы исследуют в рентгеновских камерах, в которых пучок первичных излучений – это радиоактивный изотопный источник. Монокристаллы изучают также в разных по конструкции рентгеновских камерах. В одних рентгеновских камерах определяют направление кристаллических осей монокристалла, в других измеряют кристаллическую решетку, определяют тип элементарной ячейки, регистрируют дифракционные максимумы, определяют нарушение кристаллической решетки, измеряют ограненные кристаллы. Есть рентгеновские камеры, изучающие аморфные объекты или растворы. Такие камеры обладают нерассеивающим первичным пучком для излучения под малыми углами. Рентгеновские камеры, исследующие микронные объекты, имеют рентгеновские трубки с острым фокусом, это сокращает расстояние между исследуемым образцом и фотопленкой.

Рентгеновский аппарат

Рентгеновский аппарат – это прибор, предназначенный для исследования (рентгенодиагностика) и лечения болезней (рентгенотерапия) при помощи рентгеновских лучей.

Дисциплина, которая занимается рентгенодиагностикой и рентгенотерапией, называется медицинской рентгенологией. По сути данная дисциплина представляет собой обширную науку, которая основана на физических и биологических законах, обладает специальной методикой и техникой, опирается на многочисленные клинические наблюдения и экспериментальные исследования. Таким образом, роль медицинской рентгенологии в современной клинике весьма велика.

Основной аппаратурой медицинской рентгенологии является рентгеновский аппарат (трубка). В настоящее время в общем употреблении применяются электронные трубки, в которых воздух удален полностью, а поток электронов при этом создается путем накаливания вольфрамовой проволоки в катоде.

За счет повышения или понижения накала катода можно осуществлять увеличение или же уменьшение количества электронов и тем самым регулировать силу тока, которая проходит через трубку. Изменением напряжения на полюсах трубки регулируется скорость полета электронов, а как следствие, и жесткость получаемых лучей. Таким образом, эти два важнейших фактора – качество и количество излучения – регулируются независимо друг от друга.

По своей конструкции рентгеновский аппарат включает следующие основные компоненты: сама трубка, в которой находятся фиксирующий стаканчик и нить накала; вольфрамовое зеркало; антикатод и канал для охлаждающей воды. Еще при помощи специальной чашечки особой формы на катоде пучок электронов направляется на антикатод, состоящий из металла, который быстро раскаляется и неминуемо расплавился бы, если бы не было приспособления для охлаждения.

Данное приспособление для охлаждения может быть построено в форме столба воды, который соприкасается с антикатодом, или в форме толстого стержня из теплоемкого металла, отводящего тепло наружу. От размера и формы фокуса зависит резкость изображения на снимке или на экране.

Рентгеновская трубка распространяет лучи по всем направлениям, но все же максимально сильное излучение идет в одном определенном направлении от антикатода, причем оно еще называется направлением центрального луча.

Пластинке антикатода придается такой наклон, чтобы центральный луч при этом шел перпендикулярно к оси трубки. Таким образом, для уменьшения опасности для персонала рентгеновского кабинета и устранения излишнего количества лучей рентгеновскую трубку помещают в особый непроницаемый для излучения колпак с узким отверстием для выхода необходимого пучка лучей.

Но помимо самой рентгеновской трубки, в рентгеновском аппарате применяется еще один очень важный компонент – трансформатор. Он необходим для нормальной работы прибора; для того чтобы получить рентгеновское изображение в результате излучения, необходимо подвести к полюсам трубки достаточно высокое напряжение.

Поскольку все городские электростанции дают ток напряжением 220 В, то такое низкое напряжение приходится трансформировать в более высокое при помощи специального трансформатора. Отдельный небольшой трансформатор, который способен понижать напряжение до 12 В, необходим для накала нити катода. Трансформаторы в основном дают переменный ток, в то время как направление тока в рентгеновской трубке должно быть постоянным от анода к катоду. Для этой цели к данным трансформаторам присоединяются особые выпрямители тока, которые выполняются в форме вакуумных кенотронных трубок, пропускающих ток в одном направлении. В том случае, если присутствует слабая нагрузка, сама рентгеновская трубка может служить выпрямителем. Необходимой принадлежностью аппарата являются измерительные приборы для электрического тока и автоматический выключатель для очень коротких экспозиций.

История рентгеновского аппарата начинается с 1895 г. Тогда профессор физики Вюрцбургского университета в Германии В. К. Рентген сделал первое сообщение об открытых им лучах, которые еще тогда в честь автора были названы рентгеновскими. Подобное открытие было подготовлено всей тогдашней теоретической и экспериментальной физикой. Такие лучи возникают в специальной стеклянной, снабженной электродами трубке при разрежении воздуха в ней до 1/100 000 атмосферного давления и при достаточно высоком напряжении электрического тока. Именно данное сооружение являлось первым прототипом современной рентгеновской аппаратуры.

В дальнейших своих исследованиях В. Рентген использовал трубку с почти полностью откачанным воздухом, которую изобрел ученый И. Гитторф. Именно с этого времени и вследствие данных открытий начинается эпоха развития рентгеновского аппарата.

Со времени открытия В. Рентгена и вплоть до 1918—1919 гг. применялись так называемые газовые, или ионные, трубки, в которых поток электронов образуется за счет ионизации остатков воздуха, который находится в трубке после его откачивания.

В современной медицине применяются специальные модернизированные электронные трубки, в которых воздух откачан полностью, что благотворно влияет на успешность диагностического процесса.

Вообще рентгеновский метод основывается на зрительных впечатлениях. Данные, которые получают при некоторых заболеваниях, настолько ясны, что рентгеновское исследование зачастую играет самую важную роль и выдвигается на первое место.

Костная система, органы грудной клетки, желудочно-кишечный тракт являются основными объектами, на которых рентгеновское излучение очень широко применяется.

Развитие новых методик исследования, а именно методов искусственных контрастов, значительно расширило среду заболеваний, которые становятся доступными для рентгеновского исследования. Стоит отметить, что число заболеваний, при которых рентгенотерапия и рентгенодиагностика применимы, возрастает с каждым годом.

В некоторых случаях при помощи рентгеновского исследования можно получить патономоничные симптомы, т. е. характерные именно для данного заболевания и позволяющие уверенно поставить окончательный диагноз.

В настоящее время рентгенология не представляет собой только метод исследования, а уже начинает играть очень важную роль и в теоретических медицинских дисциплинах, таких как анатомия, физиология, патофизиология и патологическая анатомия. Это можно объяснить следующим: рентгеновский метод представляет единственную возможность наблюдения функции органов живого человека в физиологических условиях. Таким образом, рентгенология стала незаменимой составляющей современной медицины и играет очень важную роль в диагностике болезней и их исследованиях.

Рентгеновский гониометр

(см. «Рентгеновская камера», «Рентгеновский дифрактометр»)

Рентгеновский гониометр – прибор, регистрирующий на фотопленке дифракционную картину, при помощи положения наблюдаемого образца и детектора он вызывает дифракцию рентгеновских лучей. Рентгеновский гониометр также может быть частью рентгеновского дифрактометра. Гониометр способен одновременно зарегистрировать положение наблюдаемого образца в момент появления дифракции и направление рентгеновских лучей, которые дифрагировали на этом объекте. Рентгеновские гониометры различаются по конструкции в зависимости от объекта исследований. При изучении монокристаллов образец и фотопленка движутся, и координаты на пленке означают угол поворота образца и угол дифрагированного на нем луча. Эти гониометры имеют щелевой экран, который определяет дифракционный конус. Поликристаллы исследуют расходящимся пучком рентгеновских лучей, сходящимся после дифракции в одну точку. При этом исследуемый образец, щель детектора и фокус рентгеновской трубки находятся на одной окружности.

Гониометр, являющийся конструктивной частью рентгеновского дифрактометра, детектора, имеет специальные валы, на которых установлены датчики, лимбы, показывающие углы поворота образца и детектора и угол наклона детектора. Счетчик движется в одной плоскости, исследуемый образец при этом поворачивается вокруг трех осей, эти оси взаимно перпендикулярны.

Дифрагированный пучок попадает в плоскость перемещения счетчика. По лимбам можно найти углы поворота образца вокруг осей и положение счетчика во время дифракции. Пучок первичного излучения в гониометре, как и в рентгеновской камере, формируют монохроматоры или коллиматоры (см. «Рентгеновская камера»).

Рентгеновский дифрактометр

(см. «Рентгеновский гониометр»)

Рентгеновский дифрактометр – прибор, определяющий интенсивность и направление рентгеновского излучения, которое дифрагирует на исследуемом объекте, имеющем кристаллическую структуру. Он измеряет интенсивность, направление излучения и углы дифракции с большой точностью. На этом приборе исследуют монокристаллические, поликристаллические объекты, текстуры и множество других веществ в различных условиях. Этот метод исследования называется «рентгеновский структурный анализ», так как он наблюдает структуру веществ и объектов, на которых рассеивается рентгеновское излучение.

Электроны исследуемого вещества и рентгеновское излучение взаимодействуют, и это взаимодействие вызывает дифрацию рентгеновских лучей.

Этим методом исследуют атомную структуру кристаллов, так как их структура является естественной трехмерной дифракционной решеткой для лучей.

Дифракция – это рассеяние рентгеновских лучей при прохождении их через структуру кристалла, электроны которого влияют на пучок первичного рентгеновского излучения. Это вызывает появление вторично отклоненных пучков, имеющих ту же длину волны, что и первичный пучок.

Структура рассеивающего кристалла определяет интенсивность и направление вторичных пучков.

Эту дифракцию рентгеновских лучей обнаружили в 1912 г. немецкие ученые М. Лауэ, В. Фридрих, П. Книппинг и на фотопластинке получили следы дифракционных лучей, которые рассеял кристалл. В 1913 г. У. Л. Брэгг изучал атомную структуру кристаллов. В 1916 г. П. Дебай исследовал структуру поликристалла. Метод рентгеновского структурного анализа оказался очень эффективным для изучения многих веществ, что способствовало его развитию и применению в различных отраслях производства.

Развитие в разработку этих методов внесли в 1934 г. и в 1948 г. ученые А. Патерсон, Дж. Каспер, Д. Харкер (США), в 1952 г. – В. Кокрен (Великобритания), а также в России – Н. В. Белов, А. Н. Китайгородский, Г. С. Жданов, Б. К. Вайнштейн, в США – М. Бюргер, П. Эвальд, Л. Полинг, Г. Хауптман, в Великобритании – М. Вульфсон, Дж. Кердрю, Дж. Уотсон, М. Перун. Со второй половины ХХ в. методы рентгеновского структурного анализа широко распространились и развились. Метод рентгеновского структурного анализа, создающий дифракцию и регистрирующий излучение, осуществляется при помощи прибора рентгеновского дифрактометра, который фиксирует на фотопленке рассеянное рентгеновское излучение.

Методы рентгеновского структурного анализа различаются в зависимости от свойств, состояния изучаемого образца и объема получаемой информации. Методом Лауэ получают рентгенограмму монокристаллов, она называется лауэграммой. Дифракционные пятна на этой лауэграмме располагаются в зависимости от симметрии кристалла. Этим методом Лауэ, имеющим точность до нескольких угловых минут, находят внутренние дефекты кристалла и определяют его качество.

Методом качания и вращения образца определяют периоды повторяемости решетки и параметры элементарной ячейки. Образец совершает колебательное или вращательное движение вокруг оси, вдоль которой и надо определить период повторяемости. Монохроматическое рентгеновское излучение дает на рентгенограмме пятна и линии, по которым и узнают период повторяемости.

Рентгенгониометрическим методом измеряют интенсивность дифракционных отражений, полученных по длине волны излучений. Это регистрируют на фотопленке в гониометре, монохроматическим излучением пользуются для исследования поликристаллов, определяют фазовый состав образца и размеры зерен в нем. Этим методом исследуют сплавы, металлы, порошки, состоящие из мелких монокристаллов. Отражения от систем плоскостей монокристаллов образуют на рентгенограмме концентрические кольца. Разные вещества имеют различные рентгенограммы, что и позволяет определять состав образца. По диаметру диффузного кольца на рентгенограмме определяют средние расстояния между атомами исследуемого аморфного вещества. Методом малоуглового рассеяния исследуют неоднородность веществ: мелкодисперсных пористых материалов, сплавов, клеток, им пользуются в производстве высокодисперсных углей, катализаторов. Этот метод концентрирует рассеянное рентгеновское излучение в спектре малых углов рассеяния.

Принципиальная конструкция рентгеновского дифрактометра включает рентгеновский гониометр с изучаемым образцом, источник рентгеновского излучения, детектор излучения, электронное устройство для регистрации излучений и измерения. Детектор – это сцинтилляционный, полупроводниковый счетчик или счетчик Гейгера– Мюллера. Способ действия прибора основан на регистрации энергии излучения, зафиксированной перемещающимся во время исследования счетчиком. Процесс измерения автоматизирован, управление устройствами и обработку данных выполняют ЭВМ. Рентгеновский дифрактометр дает более точные результаты, чем рентгеновская камера. Он используется в различных отраслях науки и производства для изучения сплавов, минералов, металлов, полимеров, мелкодисперсных материалов, молекул белков, нуклеиновых кислот, органических и неорганических соединений, атомной структуры веществ, электронов в кристаллах.

Рентгеновский микроскоп

Рентгеновский микроскоп – прибор, исследующий микроскопическую структуру и строение объекта при использовании рентгеновского излучения. Рентгеновский микроскоп имеет больший предел разрешения, чем световой микроскоп, потому что рентгеновское излучение имеет меньшую длину волны, чем световая волна. Рентгеновский микроскоп отличается от оптического светового микроскопа прежде всего оптической системой. Для фокусировки рентгеновских лучей нельзя использовать оптические световые линзы и призмы. Для отражения рентгеновских лучей в рентгеновском микроскопе используют изогнутые зеркальные или кристаллографические плоскости.

Рентгеновские лучи имеют большую проникающую способность и линейную структуру спектра. Рентгеновские микроскопы различаются по способу действия и бывают отражательными и проекционными.

Конструкция отражательного микроскопа включает источник рентгеновского излучения, изогнутые зеркала-отражатели, сделанные из кварца с золотым слоем, или отражателем может быть изогнутый монокристалл, детектор изображения – фотопленка или электронно-оптический преобразователь. Но отражательные рентгеновские микроскопы не обладают большим разрешением, его ограничивают малый угол полного внешнего отражения, большое фокусное расстояние и трудоемкость качественной обработки зеркальной отражательной поверхности. Отражательные рентгеновские микроскопы создают сильно искаженные изображения. Если для фокусировки применяются изогнутые монокристаллы, изображение тоже получается искаженным из-за структуры самого монокристалла. Поэтому рентгеновские отражательные микроскопы не имеют широкого применения. Более эффективными оказываются проекционные рентгеновские микроскопы. Принцип действия проекционных рентгеновских микроскопов заключается в образовании теневой проекции исследуемого объекта в пучке расходящихся рентгеновских лучей, идущих от точечного источника рентгеновского излучения. Конструкция проекционного рентгеновского микроскопа включает источник рентгеновских лучей – микрофокусную рентгеновскую трубку, камеру, в которой находится регистрирующее устройство, и камеру, в которой располагается объект исследования. Объект в таком микроскопе находится близко к источнику рентгеновского излучения, потому что в методе рентгеновской микроскопии отношение расстояний от источника излучений до детектора и до объекта дает увеличение изображения. В проекционных рентгеновских микроскопах фокус трубки находится на окне трубки, и их разрешение составляет до 0,5 мкм. Различные области объекта, имеющие разную плотность или состав, по-разному поглощают рентгеновское излучение. И чем больше разница коэффициентов этого поглощения, тем точнее результат и тем чувствительнее рентгеновский микроскоп. Поэтому проекционные рентгеновские микроскопы исследуют микроскопическое строение, структуру и свойства веществ и объектов и используются в различных областях производства и науки: в минералогии, биологии, металлургии, для определения качества отделки поверхностей, внутреннего строения, концентрации составов различных материалов. И при этом исследование проекционным рентгеновским микроскопом осуществляется проще, быстрее и качественнее, чем оптическим световым.

Спирограф

Спирограф – это прибор, позволяющий исследовать функции легких посредством измерения легочных дыхательных объемов.

Сущность работы данного прибора заключается в том, что при присоединении спирографа к дыхательным путям пациента он начинает реагировать на достаточно объемные перемещения воздуха в легкие или из них.

Существует два вида спирографов: первый, когда в одну или обе дыхательные фазы аппарат непосредственно сообщается с атмосферой (открытые спирографы), другой вид – сообщается лишь с самими дыхательными путями (закрытые спирографы).

По сути в устройстве аппаратов разница невелика, единственное, чем они отличаются, – это своей функциональностью.

Простейшим открытым спирографом является водяной. Он состоит из небольшого цилиндра, который полностью заполнен водой, и в нее погружен кверху дном колокол, связанный с регистратором и уравновешенный специальным противовесом. Сам цилиндр имеет внутри себя трубку, один конец которой расположен над уровнем воды под колоколом, а другой конец выведен наружу для подключения к больному. Обследуемый вдыхает воздух, это может производиться как свободным путем, так и с помощью специальных клапанов вдоха, и выдыхает его в образовавшееся пространство под колоколом, вследствие чего колокол поднимается на определенную величину, которая пропорциональна объему выдыхаемого воздуха, и одновременно перемещает перо регистратора.

Помимо водяных спирографов имеются также и сухие, в которых чувствительным элементом служит растяжимый мех, сообщающийся с дыхательными путями, по изменению длины данного меха в процессе дыхания судят о результатах обследования, поскольку изменение длины передается на регистратор.

Принято считать, что основоположником всей спирографии и первым изобретателем настоящего спирографа является Г. Гетчинсон, который сконструировал данный аппарат, в дальнейшем нашедший широкое применение в клинике, и разработал основы представлений о легочных объемах.

При помощи спирографа можно измерить такие величины, как дыхательный объем (объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при одном дыхательном цикле), резервный объем вдоха (наибольший объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного вдоха), резервный объем выдоха (наибольший объем воздуха, который можно выдохнуть после спокойного выдоха). Также с помощью спирографа можно исследовать механику дыхания, оценивать ее нарушения и резервы дыхательной функции. Особое значение спирографы имеют для оценки терапевтических воздействий на легкие и при врачебном контроле. Запись глубины дыхания (спирограмма) входит в состав других методов исследования функции легких – оценки растяжимости легких, работы дыхания, реакции на углекислый газ и гипоксию.

Еще в СССР серийно выпускались спирографы открытого типа «Спиро 2-25», который регистрировал во времени объемы дыхания в покое и при умеренной нагрузке обследуемого, и спирометр водяной 18В открытого типа, который измерял объем выдыхаемого воздуха, спирографы закрытого типа Метатест-1 и Метатест-2. Для определения остаточного объема легких выпущен прибор ПООЛ-1. Для общей и раздельной бронхоспирографии выпускают прибор Бронхометатест-1, измеряющий и регистрирующий во времени объемы дыхания и потребление кислорода обоими легкими и каждым легким в отдельности.

Сейчас широко распространились спирографы с элементами вычислительной техники, поскольку они позволяют получать во время исследования большое количество определяемых и рассчитываемых показателей, что сделало спирографию более удобной.

Спирометр

Спирометр – это прибор, при помощи которого можно осуществить измерение дыхательных объемов и жизненной емкости легких для исследования их функций.

Спирометрия отличается от спирографии тем, что при последней измерения дыхательных объемов записываются на спирограмме – графическом изображении полученных результатов.

Таким образом, в литрах или миллилитрах можно измерить следующее: дыхательный объем – вдыхаемый и выдыхаемый воздух при каждом дыхательном цикле; резервный объем вдоха – максимальная величина воздуха после спокойного вдоха; резервный объем выдоха – максимальная величина воздуха после спокойного выдоха; жизненная емкость легких – сумма дыхательного, резервного объема вдоха и резервного объема выдоха; форсированная жизненная емкость легких; функциональная остаточная емкость – количество газа, который находится в легких после спокойного выдоха; остаточный объем легких – разность функциональной остаточной емкости и резервного объема выдоха; общая емкость легких – сумма жизненной емкости легких и их остаточного объема. Именно все вышеперечисленные показатели могут свидетельствовать о тех или иных отклонениях или патологиях дыхательной системы человека. В связи с этим при помощи спирометра можно исследовать механику дыхания, оценивать ее нарушения и резервы дыхательной функции. Спирометрия имеет важное значение для оценки терапевтического воздействия на легкие и при врачебном контроле.

Основоположником спирографии и спирометрии считается ученый Г. Гетчинсон, поскольку он первым сконструировал в 1846 г. первый спирограф, который мог найти свое применение в клинике, также он смог разработать основы представлений о легочных объемах. Но существуют мнения, что спирометр был изобретен гораздо раньше, чем спирограф, это связано с тем, что спирометр по своей конструкции мало чем отличается от спирографа и одновременно является наиболее простым по своей сути.

Сама процедура измерения и исследования легких пациента является нетравматичной. Исследование проводится натощак или же через 3—4 ч после легкого завтрака. Испытуемому вводят загубник, посредством которого происходит контакт пациента с аппаратом, при этом на нос накладывается зажим. Обследуемому предлагают сделать максимально глубокий вдох, после которого следует полный глубокий спокойный выдох. Затем пациенту предлагается сделать максимально глубокий форсированный вдох, а потом – полный форсированный выдох.

После небольшого перерыва пациент дышит в течение нескольких минут смесью воздуха и гелия, который используется в роли индикатора для расчета таких показателей, как функциональная остаточная емкость, остаточный объем легких и общая емкость легких, а также равномерность альвеолярной вентиляции.

В том случае, если происходит снижение большой части показателей спирометрии в среднем на 20% от функциональных норм, это расценивается как признак патологии. Также неблагоприятным симптомом является увеличение показателей остаточного объема легких и функциональной остаточной емкости. Еще по результатам спирометрии распознается наличие и выраженность рестриктивных (рестрикция – затруднение растяжения легких и грудной клетки) и обструктивных (обструкция – ухудшение проходимости дыхательных путей) нарушений.

Таким образом, при помощи спирометра можно выяснить большое количество фактов о функциональном состоянии дыхательной системы пациента. Это имеет огромное значение в диагностических целях, потому что правильно поставленный диагноз является залогом быстрого лечения и выздоровления.

Стерилизатор

Стерилизатор – это прибор, предназначенный для уничтожения микроорганизмов на разнообразных медицинских инструментах, таких как хирургические инструменты, шприцы, перевязочные материалы, изделия из термолабильных материалов, операционное белье, инъекционные растворы лекарственных средств, а также другие медицинские и микробиологические объекты, при помощи высокой температуры или химических веществ.

Все стерилизаторы по конструкции можно подразделить на стационарные, переносные и используемые в передвижных установках, круглые и прямоугольные, горизонтальные и вертикальные, с односторонней и двусторонней загрузкой и выгрузкой стерилизуемых инструментов, на стерилизаторы общего и специального назначения, огневые, электроогневые, электрические и паросетевые, а по характеру действующего агента – на паровые, воздушные (сухожаровые) и газовые. Но прежде чем подробнее рассмотреть каждый из трех последних стерилизаторов, стоит обратиться к истории развития подобных приборов.

Впервые пришел к выводу о необходимости уничтожать бактерии, которые находятся в воздухе и на предметах, непосредственно соприкасающихся с раной (таких, как перевязочные материалы или хирургические инструменты), Дж. Листер. А попытка обосновать всю целесообразность стерилизационного процесса была предпринята, причем достаточно удачно, Луи Пастером.

После этого другой ученый, Р. Кох, установил, что водяной пар оказывает губительное действие практически на всю микрофлору.

В 1890 г. А. Д. Павловский впервые ввел в практику кипячение хирургических инструментов в 1%-ном содовом растворе. Несколько ранее Л. Л. Гейденрейх доказал, что наиболее совершенной является стерилизация паром при повышенном давлении, а в 1884 г. после доказательства собственной теории он же усовершенствовал конструкцию автоклава, что в свою очередь позволило использовать его для стерилизации именно питательных сред.

Вот имена русских ученых, которые занимались разработкой и совершенствованием стерилизационной техники и тоже получили признание многих: П. И. Рябов, В. И. Вашков, В. Н. Фросин, М. Я. Капустин, Н. В. Рамкова, Э. С. Крупин и Г. И. Турнер.

Паровой стерилизатор является наиболее экономичным, эффективным и надежным, это связано с тем, что водяной пар обладает высокой проникающей способностью. Это имеет огромное значение для материалов, которые обладают низкой теплопроводностью (перевязочные материалы, специализированное белье и т. д.).

Конструкция паровых стерилизаторов состоит из следующих элементов: стерилизационной камеры, парогенератора, контрольно-измерительных, а также регистрирующих приборов, системы обеспечения режима стерилизации и механизмов загрузки и выгрузки объектов стерилизации. Наиболее простым паровым стерилизатором является огневой стерилизатор общего назначения. Сущность его работы заключается в том, что при его эксплуатации в стерилизатор наливают воду и вставляют кассеты с уже помещенными в них шприцами или же другими инструментами.

Сам процесс стерилизации при этом длится недолго, в среднем не более 30 мин, по окончании выпускают пар, одновременно с этим снижают давление в стерилизаторе и вынимают кассеты. А самыми распространенными из всех паровых стерилизаторов являются электрические стерилизаторы общего назначения, поскольку они снабжены электронагревателями, устройствами для автоматического поддержания режима стерилизации, контролирующей и регистрирующей аппаратурой, что позволяет сделать процесс стерилизации наиболее удобным. Еще следует отметить специальные паровые стерилизаторы, предназначенные для специальных инъекционных растворов.

Воздушные (сухожаровые) стерилизаторы в основном применяются для стерилизации таких изделий, как стекло, металл, инструменты с тонкими режущими и колющими кромками и другие предметы, которые не выдерживают влажной паровой обработки.

Структура воздушного стерилизатора несколько отличается от устройства парового и включает в себя термоизолированный корпус, стерилизационную камеру, в которой располагаются загрузочные сетки, нагревательные элементы, автоматические устройства для обеспечения циркуляции воздуха, контрольноизмерительные и регистрирующие приборы.

Газовые же стерилизаторы применяются в основном для стерилизации изделий, состоящих из термолабильных материалов. Так, в России был разработан метод стерилизации, при котором применяется специальная смесь, включающая в себя окись этилена и бромида метила, она широко применяется в стерилизаторах данного вида. Иногда еще в качестве стерилизующего агента применяют формальдегид или этилен-оксид в смеси с инертными газами.

Сушильностерилизационный шкаф

Сушильно-стерилизационный шкаф – это прибор, при помощи которого осуществляется умерщвление всех микроорганизмов на изделиях из стекла, металла, на инструментах с тонкими режущими и колющими кромками и на других предметах, которые не выдерживают влажную паровую обработку при помощи высокой температуры.

Сушильно-стерилизационный шкаф состоит из термоизолированного корпуса, как правило, он имеет прямоугольную форму; стерилизационной камеры, внутри которой находятся следующие компоненты: загрузочные сетки, где раскладываются объекты, подлежащие стерилизации; нагреватели, они обеспечивают равномерное нагревание воздуха внутри сушильно-стерилизационного шкафа, что позволяет обеспечивать стерилизационный процесс; автоматические устройства для циркуляции воздуха, что необходимо для наилучшего результата при стерилизационном процессе.

В конструкцию сушильно-стерилизационного шкафа входят контрольно-измерительные и регистрирующие приборы, они служат для установки определенной температуры и времени стерилизации, еще с их помощью можно обеспечить постоянный уровень температуры и давления, поскольку это необходимо для того, чтобы в процессе стерилизации не произошло непредвиденных ситуаций, таких как трескание стекла или коррозия и изменение формы металлических инструментов.

Сушильно-стерилизационный шкаф получил широкое распространение не только в медицинских учреждениях, но и в микробиологических лабораториях, потому что там происходит непосредственный контакт с различными видами бактерий.

Так, шприцы и другие стеклянные предметы, которые применяются как в медицине, так и в микробиологии, укладываются в ряд на загрузочную сетку, и при температуре около 180 °С в течение часа происходит процесс стерилизации.

Стерилизация хирургических инструментов и стеклянной посуды производится абсолютно идентично. В современных сушильно-стерилизационных шкафах используется несколько режимов, каждый из которых соответствует определенному времени стерилизации и определенной температуре, другими словами, чем выше температура нагревания, тем меньше длится процесс стерилизации.

Поскольку разные предметы имеют различную температуру плавления, для наиболее удачной стерилизации в сушильно-стерилизационном шкафу необходимо знать температуру плавления того или иного материала и какие предметы с чем можно сочетать.

В клиниках таких государств, как Россия, Германия, США, Швеция, ГДР, Финляндия и других странах, организуются централизованные стерилизационные со специальным оборудованием: стерилизационными шкафами с двусторонней загрузкой и выгрузкой стерилизуемых материалов, моечными машинами и централизованными стерилизационными установками, представляющими собой стенку с набором встроенных двусторонних стерилизаторов, а именно как паровых стерилизаторов, так и сушильно-стерилизационных шкафов, и с блоком парогенераторов для механизированной загрузки и выгрузки стерилизуемых материалов.

Подобные конструкции имеют огромное значение, поскольку с их помощью за один раз можно простерилизовать в десятки раз больше объектов, чем при помощи одного сушильно-стерилизационного шкафа, что сделало процесс стерилизации более удобным и результативным.

Термоконтейнеры

Термоконтейнер – это аппарат, при помощи которого в замкнутом объеме создается определенная температура и поддерживается на постоянном уровне. Он мало чем отличается от обыкновенного термостата.

Единственным отличием являются габариты термоконтейнера, по сравнению с термостатом они гораздо больше. Их появление связано с развитием таких дисциплин, как биохимия, микробиология и других отраслей науки, в которых применяются большие лаборатории, где и располагаются термоконтейнеры.

Он представляет собой емкость, как правило, кубической или цилиндрической формы, которая тщательно защищена специальной тепловой изоляцией. Это необходимо для того, чтобы сберечь содержимое термоконтейнера от влияния окружающей среды с целью минимального малого теплообмена с ним. В основном сам корпус термоконтейнера выполнен из металла, температура плавления которого достаточно высока. Внутри находится термическая камера, в которой располагаются специальные подставки разного размера и для разных предметов. Также обязательной частью термоконтейнера является пульт управления с терморегулятором, за счет которого можно устанавливать определенный уровень необходимой температуры и даже время поддержания постоянной температуры.

Современные термоконтейнеры обладают автоматическими терморегуляторами высокой точности. Также имеют нагревающее или нагревающее и охлаждающее устройства, а для более быстрого выравнивания температуры в самом термоконтейнере присутствует устройство для энергичного перемешивания теплоносителя.

Термическая камера, как правило, имеет двойные одностворчатые или же двустворчатые дверцы. Уровень температуры в термоконтейнере поддерживается на определенной отметке с точностью 0,2—0,4 °С, что обеспечивает лучший необходимый результат при работе с данным аппаратом.

Впервые подобные устройства вошли в действие еще в XIX в. Возможности прибора просто поражали, потому что он мог работать от сети электрического тока несколько дней и больше. Позже, когда пришло время совершенствования технологического процесса, термоконтейнеры стали более современными за счет того, что могли поддерживать долгое время температуру свыше 500 °С. После этого термоконтейнер прочно укрепился в микробиологических, биохимических, а также медицинских лабораториях, где присутствует и в настоящее время.

По функциональным особенностям различают два вида термоконтейнеров, а именно аппарат для поддержания высоких температур и аппарат, предназначенный для поддержания только низких температур.

В зависимости от теплоносителя термоконтейнеры бывают тоже двух типов: жидкостные, которые могут быть низкотемпературными и высокотемпературными, и суховоздушные, которые в основном обеспечивают термообработку от +300 °С и выше. Все теплоносители подогреваются главным образом электричеством.

При работе с термоконтейнерами, как и при работе с термостатами, необходимо соблюдать меры безопасности во избежание непредвиденных ситуаций.

Термостат

Термостат – это прибор, предназначенный для тех же целей, что и термоконтейнер, т. е. для поддержания определенной температуры на одном уровне.

По своей конструкции термостат представляет емкость или сосуд кубической или цилиндрической формы, который тщательно защищен тепловой изоляцией от влияния окружающей среды с целью минимального малого теплообмена с ней.

По принципу действия термостат аналогичен термоконтейнеру. Температура в термостате поддерживается с точностью 0,1—0,5 °С.

Таким образом, в ультратермостатах, которые имеют сравнительно небольшие объемы камеры и достаточно мощный, но малоинерционный нагреватель, температура поддерживается с большой точностью за счет энергичного перемешивания теплоносителя и более совершенной терморегуляции.

Появление такого аппарата, как термостат, связано с развитием микробиологии, несколько позднее его стали использовать в биохимических, а также других исследованиях, при которых есть необходимость длительное время поддерживать постоянную температуру выше или ниже температуры окружающей среды.

Существует много видов термостатов. Различают термостаты для поддержания высоких температур и термостаты для подержания низких температур, или криостаты. В зависимости от теплоносителя выделяют жидкостные и суховоздушные термостаты. В свою очередь жидкостные термостаты делятся на низкотемпературные (спиртовые – в них поддерживается температура в пределах от +10 до +60 °С; водяные – в них поддерживается температура в пределах +10—95 °С); а также высокотемпературные (масляные – в них поддерживается температура в диапазоне от 100 до 300 °С; солевые или селитровые – в них поддерживается температура от 300 до 500 °С).

В суховоздушных термостатах обеспечивается температурный режим до 300 °С и даже несколько больше. Первоначально теплоноситель подогревался на открытом огне, а теперь главным образом – электричеством, что сделало его работу результативной и комфортной.

Постоянство температуры в термостате обеспечивается за счет работы теплорегулятора, которые по своей конструкции могут быть различными.

Принцип действия терморегулятора основан на разности линейного расширения различных металлов или жидкостей при изменении температуры. Также постоянство температуры поддерживается за счет контактного термометра, термометра сопротивления и фазового перехода, который происходит при определенной температуре.

Термостаты, в которых поддержание определенной температуры не связано с фазовым переходом, имеют специальные встроенные или охлаждающие устройства.

Сущность процесса в следующем: при прохождении теплоносителя через нагреватель последний приобретает необходимую температуру, которая потом и регулируется терморегулятором. Для ряда исследований используются погружные термостаты, в которых присутствуют нагреватель, терморегулятор и мешалка.

В случае если необходимо проводить наблюдения за ходом различных реакций, таких как реакции преципитации, коагуляции, то используются специальные термостаты с прозрачными стенками.

Необходимо обратить внимание, что при работе с термостатом следует соблюдать меры безопасности, как при работе с электроприборами.

Хирургический аспиратор

Хирургический аспиратор – это аппарат, предназначенный для отсасывания из различных поврежденных или патологических полостей содержимого, в частности жидкого или полужидкого. Это получило название аспирации.

В диагностических целях с помощью аспиратора получают материал из различных органов для микроскопического исследования – аспирационная биопсия.

Хирургический аспиратор состоит из следующих компонентов: источника отсасывающей силы, банки-сборника, системы аспирационных трубок и наконечников.

Самым значимым компонентом является источник отсасывающей силы, в качестве него может служить либо источник вакуума, который применяется в вакуумных аспираторах, либо электронасос, применяющийся в аспираторах электрического типа. За счет работы насоса и осуществляется отсасывание различного рода жидкостей из ран и полостей.

Следующим не менее важным компонентом является емкость, в которую поступает отсасываемая жидкость из той или иной раны или полости. Она получила название банки-сборника. Соединение источника отсасывающей силы, банки-сборника и больного осуществляется за счет системы резиновых, полиэтиленовых или силиконовых трубок. Для того чтобы при погружении одного конца трубки в рану или определенную полость не происходил процесс присасывания трубки к стенке полости, на нее надевается специальный аспирационный наконечник, который также имеет несколько небольших боковых отверстий.

В зависимости от того, какого диаметра и какой глубины рана или полость, используются соответствующие наконечники, имеющие разные диаметр и длину.

Для регулирования процесса аспирации на источнике отсасывающей силы аспиратора имеется панель управления, на которой располагаются регуляторы, отвечающие за мощность процесса.

В хирургических аспираторах присутствуют и дополнительные компоненты. А именно устройства, которые препятствуют переполнению банок-сборников, а также устройства, предотвращающие попадание отсасываемой жидкости в источник отсасывающей силы. Другими словами, хирургический аспиратор состоит из вакуумного или электронасоса и специальных подключенных аспирационных устройств.

Принцип работы большинства аспираторов практически одинаков и заключается в том, что при помощи задаваемого разрежения, которое в свою очередь создается за счет работы электронасоса или вакуумного насоса, жидкость засасывается посредством аспирационных трубок в специальные емкости (банки-сборники), где и происходит либо накопление данной жидкости с последующим ее удалением, либо она отфильтровывается и выступает в качестве исследуемого материала для изучения причин данной патологии.

Сам аспиратор получил достаточно широкое распространение в медицине, также хирургический аспиратор является неотъемлемой частью лечения некоторых патологий.

Огромнейшее значение хирургический аспиратор получил в аспирации дыхательных путей, поскольку при их забивании различными жидкостями нарушается нормальное поступление кислорода человеку, а при долгом отсутствии кислорода или его недостатке может наступить летальный исход. А поскольку повреждения внутренних органов могут привести к тому, что при внутреннем кровотечении или нагноении раны гной или кровь могут поступать именно в дыхательные пути, это и приводит к затруднению дыхания.

Для того чтобы помочь больному, применяется аспирационное дренирование аспиратором отрицательного давления.

При этом к факторам, которые приводят к аспирации инородного материала в дыхательных путях, относят понижение защитных рефлексов глотки и гортани, наблюдаемое при общей слабости, поражении центральной нервной системы. Также к ним относят попадание крови, которая образуется при кровотечениях из сосудов бронхолегочной системы.

По конструкции хирургические аспираторы могут быть портативными и стационарными, настольными и напольными на колесах.

Также хирургические аспираторы различают по количеству банок-сборников и по их емкости. Современные аспираторы могут создавать достаточно большую мощность, что имеет огромный положительный эффект при самой аспирации.

Хирургический вакуумный аспиратор

Хирургический вакуумный аспиратор – это прибор, при помощи которого осуществляется процесс отсасывания любого содержимого, в частности жидкого и полужидкого, из различных поврежденных или патологических полостей под воздействием возникающего вакуума.

По своей конструкции вакуумный аспиратор устроен относительно просто и включает в себя систему централизованной разводки вакуума, при помощи которой в хирургическом аспираторе образуется вакуум, необходимый для наилучшего процесса отсасывания той или иной жидкости из полостей.

Следующий компонент для нормальной аспирации (непосредственно процедуры отсасывания содержимого из различных полостей) – банка-сборник, другими словами, специальные емкости, в которые поступает содержимое полости, из которой идет процесс отсасывания.

Также необходимым компонентом является система трубок, посредством которых отсасываемая жидкость поступает из полости в банку-сборник.

На конец трубки, который непосредственно соприкасается с раной, надевают специальный аспирационный наконечник, который, не прикасаясь к стенкам раны или полости, погружается внутрь ее и облегчает процесс проникновения отсасываемой жидкости в трубку. Для того чтобы регулировать весь процесс аспирации, в хирургическом вакуумном аспираторе предусмотрена панель управления, на ней располагается вентиль для регулировки величины разрежения, в некоторых моделях аспираторов вместо вентилей присутствуют специальные регуляторы, выполняющие ту же самую функцию, а также на панели управления располагается вакуумметр, на котором отображается уровень создаваемого вакуума.

Таким образом, любой хирургический вакуумный аспиратор состоит из системы централизованной разводки вакуума, заключенной в металлический корпус, и специальных подключаемых аспирационных устройств, к которым и относятся банка-сборник, система трубок и аспирационные наконечники.

Необходимость в хирургической обработке раны возникла давным-давно, а если точнее, с возникновением медицины.

Поначалу за отсутствием специальных отсасывающих приборов пользовались ватными тампонами или специальными кусочками ткани. После того как стала развиваться техника, прогресс постепенно пришел и в данную отрасль медицины.

Стали использоваться специальные генераторы, которые могли преобразовывать энергию в определенную силу, действующую как насос.

После них появились устройства, которые помогали отсасывать содержимое ран и разных полостей при помощи вакуума. Именно данная разновидность насосов получила название вакуумного аспиратора, который достаточно широко распространен как в хирургии, так и в общей медицине.

Принцип действия почти всех моделей хирургических вакуумных аспираторов одинаков и заключается в следующем.

За счет создаваемого разрежения жидкость засасывается через аспирационный наконечник и трубку в специальную емкость (банку-сборник), где отсасываемая жидкость откладывается, после чего уничтожается.

Современные хирургические аспираторы имеют ряд преимуществ перед простыми.

Они способны создавать вакуум до 730 мм рт. ст. в зависимости от предназначения в хирургии. Соединение банок-сборников с источником вакуума осуществляется посредством ловушек, которые предназначены для предотвращения попадания отсасываемой жидкости в сам источник вакуума.

Также в хирургических аспираторах имеются специальные устройства, препятствующие переполнению банок-сборников и действующие по принципу поплавкового клапана, который помещен в банке-сборнике, или по грузовому принципу, заключающемуся в том, что при наполнении банки-сборника срабатывает специальное устройство, выключающее аппарат. В некоторых моделях хирургического вакуумного аспиратора переполнение банок-сборников предупреждает световая или звуковая сигнализация.

Широко применяются централизованные системы разводки вакуума от единого источника вакуума, часто совмещенные с подачей сжатого воздуха, кислорода и закиси азота.

В данном случае присоединение к ним аспирационных устройств обеспечивается специальными разъемами, которые располагаются на стенках, в полу и на потолке.

Данные системы обладают отличными эксплуатационными качествами. Назначению того или иного аспиратора, как правило, соответствует набор специальных принадлежностей, в частности аспирационных трубок и наконечников. Они имеют различную форму изгиба, длину и диаметр, а также число отверстий.

Существуют и универсальные аспираторы, которые можно использовать как в хирургии, так и для специальных целей. При их помощи можно отсасывать большое количество жидкости, причем практически непрерывно.

По своей конструкции и структуре хирургические вакуумные аспираторы различны: портативные и стационарные, настольные и напольные на колесах.

Аспирационные аппараты, которые действуют от централизованного источника вакуума, бывают напольными, настенными и прикоечными.

Также хирургические аспираторы различаются по количеству банок-сборников (бывают однобаночные, которые предназначаются для небольших ран и полостей, и двухбаночные, которые предназначены для достаточно тяжелых ран и больших полостей), и по их емкости.

Еще аспираторы различаются по производительности вакуум-насосов.

Хирургический отсасывающий насос

Хирургический отсасывающий насос – это аппарат, который применяется для активного длительного отсасывания жидкости и газа из полостей тела, ран, особенно послеоперационных, при помощи различных аспираторов или специальных отсасывающих насосов.

Данные аппараты в основном создают регулируемое разрежение, что обусловливает равномерную и постоянную эвакуацию содержимого полости в коллектор, который находится в замкнутой системе между аспиратором или насосом и больным.

Наличие подобного коллектора позволяет судить о количестве, качестве отделяемого и производить микроскопические, биохимические и другие исследования отделяемой жидкости. Наиболее удобным является водоструйный насос.

По своей структуре данный насос устроен достаточно просто и состоит из самого водоструйного насоса, который одним концом одевается на кран водопровода, а чуть ниже в него впадает трубка, выводящая содержимое из раны или полости.

Другой конец, как правило, соединяется с канализацией, в нее и вытекает отсасываемая жидкость вместе с проточной водой. Также присутствуют две банки-сборника: буферный сосуд и коллектор для стока гноя. Еще одним необходимым компонентом является система трубок.

Сам процесс действия водоструйного насоса заключается в следующем.

Для удаления жидкости дренажная трубка, как правило, резиновая, полиэтиленовая или силиконовая, вводится в самый нижний отдел полости или же раны, для удаления газа трубка вводится в самый верхний ее отдел. На дренаже делают несколько небольших боковых отверстий для того, чтобы предупредить присасывание трубки к стенке полости.

Сам дренаж выводится или через основную рану, или чаще вне ее и фиксируется швом к коже.

Таким образом, из полости отсасываемая жидкость вначале попадает посредством трубки в коллектор для стока гноя, оттуда – в буферный сосуд также посредством трубки, а из буферного сосуда жидкость попадает непосредственно в сам водоструйный насос.

Помимо водоструйного насоса, применяются и электровакуумные аппараты индивидуального и централизованного назначения со специальным включением в систему бутыли-буфера, используемой для снижения давления до нужного уровня.

Подобные отсасывающие насосы применяются достаточно давно. А с развитием технического прогресса подобные аппараты стали более модернизированными.

Современные хирургические отсасывающие насосы нашли широкое применение в медицине.

Вся система длительного дренирования не должна ограничивать движения больного в кровати.

Достаточно широко используются аспираторы и насосы для дренирования серозных полостей, полых органов, а также полостей, которые образовались в результате травмы, патологического процесса, операции.

Но все же наиболее часто отсасывающие насосы применяются в раннем послеоперационном периоде на таких органах, как легкие и органы средостения, для того, чтобы предупредить коллапс легкого и смещение средостения плевральным экссудатом или воздухом, а также для лечения таких заболеваний, как спонтанный пневмоторакс и эмпиема плевры.

В некоторых случаях вместе с отсасывающими насосами одновременно целесообразно применять непрерывное орошение раны специальными антисептическими растворами. Для этого в полости, которая подлежит дренированию, оставляют две тонкие резиновые трубки с боковыми отверстиями на проксимальном конце.

В зависимости от того, что именно подлежит дренированию, используют различные трубки. Так, при дренировании почки лучше применять полиэтиленовые трубки.

При этом конец одной трубки присоединяют к аспиратору, а второй – к простерилизованному сосуду с антисептическим раствором.

Для подобной процедуры наиболее удобен отсасывающий аппарат, который предложил В. И. Русаков.

Данный аппарат не требует сложного ухода, непрерывного наблюдения, обеспечивает постоянную и полную аспирацию отделяемой жидкости и дозированное введение антисептического раствора.

Обычно подобное или общее отсасывание жидкости из ран и полостей применяют в течение 7—10 суток. Противопоказаний к применению данного метода нет.

Цифровой спектрофотометр

Цифровой спектрофотометр – это прибор, при помощи которого можно изучить особенности поглощения света веществом, спектры поглощения различных сред, определить химический состав и концентрацию веществ за счет непосредственного участия в данном процессе современной компьютерной техники.

Спектрофотометры – это наиболее современные приборы, применяемые в методах абсорбционной спектроскопии, именно так называется раздел оптики, который изучает взаимодействие света с веществом.

Также спектрофотометры проводят анализ как окрашенных, так и бесцветных соединений по избирательному поглощению монохроматического света в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Именно за счет данного качества абсорбционная спектроскопия нашла широкое применение в биомедицинских исследованиях и лабораторной диагностике.

Помимо уже названных характеристик, спектрофотометрический метод анализа отличается от других большей точностью (погрешность составляет 1%), что особенно необходимо при различных медицинских диагностических исследованиях.

По своей конструкции цифровой спектрофотометр состоит из рабочей части и регистрирующего устройства, которое представляет собой ЭВМ со специальной программой для регистрации фотоэлектрических сигналов.

Свет от своего источника, как правило, это лампы накаливания, проходит через один из шести светофильтров (в современных спектрофотометрах может применяться разное количество светофильтров в зависимости от цели исследования), систему линз (конденсор), кювету с раствором исследуемого вещества, фотометрический клин, после чего фокусируется линзой на фотоприемник, в основном это полупроводниковый фотодиод.

Еще одна необходимая составляющая – цифровой индикатор, который служит для регистрации фотоэлектрического сигнала. Выбор светофильтра, а как следствие, длины волны видимого оптического излучения, осуществляется посредством вращения диска, в который вмонтированы светофильтры. Данный процесс в цифровом спектрофотометре полностью автоматизирован.

Фотометрический клин представляет собой две светопоглощающие линзы, при взаимном перемещении которых изменяется оптическая длина пути светового потока и, следовательно, оптическая плотность клина. Другими словами, за счет оптического клина происходит процесс изменения интенсивности светового потока.

В основе работы цифрового спектрофотометра лежит процесс сравнения различных уровней фотоэлектрических сигналов, которые возникают при пропускании света поочередно через стандартную кювету с раствором исследуемого вещества, а затем – через аналогичную кювету с определенным растворителем.

Данный прибор непосредственно измеряет коэффициент пропускания исследуемого раствора.

Конструктивно цифровой спектрофотометр выполнен следующим образом. Отдельно от основного корпуса располагается цифровой индикатор, который показывает значения пропускания исследуемой жидкости.

Стандартные стеклянные кюветы помещаются в специальный держатель, который находится внутри оптического блока прибора, он закрывается автоматической металлической шторкой.

На передней панели находятся несколько кнопок управления (в зависимости от модели цифрового спектрофотометра количество кнопок управления может быть от двух до четырех), но в любом случае присутствует кнопка переключения светофильтров и перемещения держателя кювет. Все остальные действия можно производить с помощью специальной ЭВМ.

В основе принципа работы цифрового спектрофотометра лежит взаимодействие света с веществом.

Данный процесс описывается квантовым образом, поэтому, в отличие от некоторых других лабораторных работ оптического практикума, здесь световое излучение в основном рассматривается как поток фотонов с определенной энергией кванта.

При распространении света в веществе могут возникать различные оптические явления, наиболее важными из которых являются: поглощение, рассеяние света, люминесценция вещества. Поглощение фотонов света, как правило, сопровождается переходом поглощающих свет атомов или молекул в возбужденное состояние. А сам процесс поглощения может произойти только в том случае, если энергия поглощаемого кванта совпадает с разностью энергий между квантами, энергетическими состояниями.

Избыточная энергия атомов или молекул может расходоваться в одних случаях на повышение их поступательной, вращательной или колебательной энергии, в других случаях – выделяться в виде вторичного излучения или расходоваться на различные фотохимические реакции.

В том случае, если осуществляется переизлучение света молекулами возбужденного вещества, происходит явление, получившее название фотолюминесценции.

Рассеяние света – это отклонение светового излучения от прямолинейного распространения на неоднородностях вещества. Под неоднородностями можно понимать такие вещества, как инородные частицы в газе или жидкости, биологические клетки в жидкости, флуктуации плотности вещества, флуктуации концентрации данного вещества в том или ином растворе и т. д.

Процесс рассеяния света также может сопровождаться частичным поглощением определенного количества световых квантов. Так как все три явления (поглощение, рассеяние света и фотолюминесценция) зависят от свойств вещества, а именно молекул, характеристик светового потока, концентрации вещества в растворе, а также от характера растворителя, их анализ дает информацию об исследуемом веществе и его свойствах.

Вот почему эти три явления играют огромную роль в диагностической медицине. Именно по показателям крови можно узнать ту или иную степень заболевания и вообще определить, присутствует данное заболевание или нет. Кровь имеет свои определенные показатели поглощения и рассеяния света в состоянии нормальной физиологической деятельности. В том случае, если у больного обнаруживаются какие-либо отклонения от данной физиологической нормы, можно судить о разного рода нарушениях в организме.

Промышленность выпускает несколько типов цифровых спектрофотометров. Существенного различия в них нет.

Электрокардиограф

Электрокардиограф – это прибор, предназначенный для усиления и регистрации биоэлектрических потенциалов, которые возникают как на поверхности тела, так и в полостях внутренних органов, а также в глубине различных биологических тканей в результате электрических процессов, которые сопровождаются распространением возбуждения по сердечной мышце.

В конструкции современного электрокардиографа можно отметить следующие основные компоненты: коммутатор отведений, усилитель биопотенциалов, регистрирующее устройство и устройство калибровки.

Наиболее важной частью любого электрокардиографа являются электроды, за счет которых происходит распознавание самых мельчайших электрических биопотенциалов, после чего данный сигнал отправляется непосредственно к коммутатору отведений. Другими словами, электрический сигнал, который может сниматься с поверхности тела или с полостей внутренних органов, или из глубины тканей, посредством кабеля отведения поступает вначале на коммутатор отведений, а затем – на вход усилителя биопотенциалов, где данный сигнал усиливается до определенной величины, достаточной для приведения в действие гальванометра.

После чего сигнал поступает на вход регистрирующего устройства, где происходит процесс преобразования данного сигнала в перемещение пишущего устройства.

Регистрирующее устройство имеет лентопротяжный механизм, который передвигает с точной, постоянной и определенной скоростью диаграммную бумагу, на которой непосредственно записывается электрокардиограмма.

Именно так называется периодически повторяющаяся кривая, которая представляет собой графическое изображение изменений во времени разности потенциалов между различными точками на теле. Другими словами, электрокардиограмма – это кривая, являющаяся графическим отображением электрических биопотенциалов, возникающих в сердце.

Из истории развития данного аппарата, а также самой науки электрокардиографии можно отметить следующие даты и факты: в 1856 г. начинается развитие самой науки, поскольку именно в том году двое ученых Р. Келликер и И. Мюллер впервые отметили наличие электрических явлений в нормально работающей сердечной мышце на нервно-мышечном препарате лягушки.

В 1873 г. было сконструировано первое подобие электрокардиографа, которое получило название капиллярного электрометра, изобретенного Г. Липпманом. Именно с его помощью впервые записали электрокардиограмму человека.

История современных электрокардиографов начинается с 1903 г., поскольку в этом году голландский физиолог В. Эйнтховен создал первый электрокардиограф на базе струнного гальванометра.

Изобретение В. Эйнтховена позволило детально, без существенных искажений записать электрокардиограмму человека, за счет чего электрокардиография смогла достаточно широко внедриться в различные физиологические исследования, а также в клиническую медицину. Именно В. Эйнтховен впервые предложил три стандартных отведения от конечностей, при помощи которых электрокардиограмма снимается и в настоящее время.

Поскольку важнейшим компонентом любого электрокардиографа являются электроды (отведения), то в современной практике следует различать 12 стандартных отведений и несколько специальных.

Наиболее распространенными из стандартных отведений являются биполярные отведения от конечностей.

Для регистрации данных отведений (посредством фронтальной плоскости проекции интегрального вектора сердца) электроды устанавливаются на правое предплечье, левое предплечье и на левую ногу, но в разных направлениях. Так, при записи электрокардиограммы в I отведении отрицательный электрод электрокардиографа соединяется с правой рукой, а положительный электрод располагается на левой руке, причем ось отведения расположена горизонтально.

При II отведении сигналы регистрируются при расположении отрицательного электрода на правой руке, а положительного электрода – на левой ноге, причем ось отведения направляется сверху вниз и справа налево. III отведение регистрируется в том случае, если отрицательный электрод расположен на левой руке, а положительный электрод помещен на левую ногу, при этом ось отведения идет сверху вниз и слева направо.

Следующая группа стандартных отведений называется усиленные однополюсные отведения от конечностей, которые бывают тоже трех видов.

Первое отведение – VL, при котором отрицательный электрод является объединенным электродом правой руки и левой ноги. Положительный же электрод помещается на левой руке. Ось отведения при этом проходит снизу вверх и налево.

Второе отведение – VR, при котором отрицательный электрод является объединенным электродом левой руки и левой ноги, положительный электрод располагается на правой руке. При этом ось отведения располагается от середины расстояния между левыми электродами через центральную ось сердца к правой руке.

Третье отведение – VF, при котором отрицательный электрод является объединенным электродом правой и левой руки, а положительный располагается на левой ноге. Ось отведения направляется вертикально положительной половиной между положительными полюсами осей отведений II и III.

Последняя группа отведений называется грудные отведения. Их отрицательный полюс (отрицательный электрод) объединяет в себе электроды правой руки, левой руки и левой ноги. Его потенциал близок к нулю, но не равен ему. Положительные электроды соответствуют различному положению грудных электродов, которые располагаются следующим образом: отведение V1 – четвертое межреберье по правому краю грудины; отведение V2 – на том же уровне по левому краю грудины; отведение V3 – на уровне IV ребра по левой окологрудинной линии; отведение V4 – пятое межреберье по левой среднеключичной линии; отведение V5 – на уровне V4 по левой передней подмышечной линии; отведение V6 – на том же уровне по левой средней подмышечной линии.

Все оси грудных отведений лежат в определенной плоскости, близкой к горизонтальной; они несколько опущены в сторону положительных электродов осей отведения V5 и V6. По своей конструкции электрокардиографы могут быть, как правило, одно-, двух-, трех-, четырех– и шестиканальными.

По отношению к конструкции основного узла они бывают как объединенными в один корпус (в основном одноканальные кардиографы), так и могут быть выполнены в виде отдельных самостоятельных блоков (многоканальные электрокардиографы).

Характерной особенностью всех одноканальных электрокардиографов является присутствие общей панели, на которой располагаются все органы управления данным прибором. Также они имеют относительно небольшие габариты и массу (от 0,4 до 5 кг).

Многоканальные электрокардиографы выполняются в виде отдельных блоков или кассет. Подобная конструкция обеспечивает определенную взаимозаменяемость блоков и кассет, упрощает эксплуатацию, ремонт, сборку или разборку электрокардиографа.

Многоканальные электрокардиографы, как правило, имеют горизонтальную компоновку, их габариты значительно больше по сравнению с одноканальными, а масса может превышать 40 кг. Но вне зависимости от того, какой электрокардиограф – одноканальный или многоканальный, все равно различные физиологические исследования и медицинская диагностика стали удобнее с появлением данного прибора.

Электрокардиограф трехканальный

Трехканальный электрокардиограф – это прибор, с помощью которого можно регистрировать биопотенциалы сердца в виде графического изображения – электрокардиограммы – одновременно в трех стандартных отведениях.

По конструкции трехканальный электрокардиограф состоит из следующих компонентов: непосредственно электрокардиограф, сетевой блок питания, кабель пациента, четыре специальных прижимных электрода для конечностей, шесть специальных грудных присасывающихся электродов, кабель для выравнивания потенциалов, струбцина для подключения кабеля выравнивания потенциалов, футляр, а также комплект запасных частей, который состоит из трех плавких вставок.

Само устройство электрокардиографа включает в себя усилительно-регистрирующий блок, сетевой блок питания, кабель пациента и электроды, которые прикрепляются к конечностям и туловищу человека. Усилительно-регистрирующий блок заключен в корпус, в котором размещены следующие узлы: усилитель биопотенциалов, вырабатываемых сердцем; процессорное устройство, которое является как бы центром всего усилительно-регистрирующего блока; батарея никель-металлгидридных аккумуляторов; жидкокристаллический индикатор.

При помощи сетевого блока питания обеспечивается гальваническая развязка электрокардиографа от сети переменного тока, а также понижение напряжения питания до сверхнизкого безопасного уровня при помощи сетевого трансформатора для того, чтобы во время процедуры регистрации электрокардиограммы пациента не ударило большим разрядом электрического тока.

С помощью кабеля пациента осуществляется процесс подключения пациента к усилительно-регистрирующему блоку посредством электродов, которые накладываются на конечности и тело обследуемого. Кабель пациента содержит узлы защиты входных цепей от воздействий импульсов дефибриллятора. Остальные составляющие тоже являются не менее важными компонентами, но им отводится второстепенная роль.

Поскольку данный электрокардиограф является трехканальным, он способен отражать биопотенциалы сердечной мышцы одновременно в трех стандартных отведениях, а именно: усиленных однополосных отведениях от конечностей.

Первое отведение – aVR, при котором отрицательный электрод является объединенным электродом левой руки и левой ноги, а положительный электрод располагается на правой руке. Второе отведение – aVL, при котором отрицательный электрод является объединенным электродом правой руки и левой ноги, а положительный электрод укрепляется на левой руке. Третье отведение – aVF, при котором отрицательный электрод объединяет электроды обеих рук пациента, а положительный электрод расположен на левой ноге. Таким образом, благодаря определенной конструкции трехканального электрокардиографа он позволяет регистрировать все три отведения на одной миллиметровой бумаге, на которую обычно наносится графическое изображение биоэлектрических потенциалов.

Помимо одновременной регистрации отведений aVR, aVL и aVF, трехканальный электрокардиограф может также записывать электрокардиограмму в I, II и III стандартных биполярных отведениях. При I отведении отрицательный электрод соединен с правой рукой, а положительный электрод – на левой руке. При II отведении отрицательный электрод соединен с правой рукой, а положительный электрод – на левой ноге. При III отведении отрицательный электрод помещается на левую руку, а положительный – на левой ноге.

Сущность процесса регистрации биоэлектрических потенциалов заключается в следующем. Данный биоэлектрический потенциал сердечной деятельности пациента, который является снятым с тела и конечностей с помощью электродов, посредством кабеля пациента поступает на входные усилители электрокардиосигнала.

Для того чтобы обеспечить максимальную защиту данных входных усилителей, в кабеле пациента установлены электрические разрядники, которые ограничивают величину входного напряжения на безопасном уровне. Помимо этого, для обеспечения безопасности от поражения электрическим током входные усилители изолированы от остальной электрической схемы.

Гальваническая развязка входных усилителей осуществляется благодаря определенным высокочастотным трансформаторам, которые располагаются в преобразователе напряжения и устройстве гальванической развязки.

Передача сигнала синхронизируется стробом, который также вырабатывается в преобразователе напряжения, он в свою очередь передается на входные усилители при помощи диодно-транзисторного оттопара.

Аналоговые сигналы, пропорциональные разности биоэлектрических потенциалов, подаются на устройство согласования с аналого-цифровым преобразователем. И уже с данного устройства электрокардиосигналы поступают на устройства выделения R-зубца, детектор перегрузки усилителя биопотенциалов и восьмиканальный аналогоцифровой преобразователь, находящиеся в центральном процессорном устройстве.

Режим работы электрокардиографа задается с клавиатуры и отображается на жидкокристаллическом индикаторе посредством устройства управления.

При регистрации электрокардиограммы лентопротяжная система термопечатающего механизма приводится в движение благодаря шаговому двигателю, который управляется устройством согласно сигналам, поступающим с центрального процессорного аппарата. С его помощью обеспечивается постоянная и определенная скорость движения миллиметровой бумаги, на которой регистрируется электрокардиограмма.

Трехканальный электрокардиограф способен работать совместно с персональной ЭВМ благодаря специальным компьютерным программам. Это обеспечивает наиболее удобное получение результатов электрокардиографии.

Электрокардиограф шестиканальный

Шестиканальный электрокардиограф – это прибор, позволяющий усиливать и регистрировать биоэлектрические потенциалы одновременно во всех 12-ти стандартных отведениях.

Данный электрокардиограф также получил и другое название – стационарный, поскольку в большинстве случаев располагается в медицинских учреждениях стационарного типа.

По своей конструкции шестиканальный электрокардиограф мало чем отличается от одноканального, не считая того, что шестиканальный аппарат – блочный, т. е. состоит из отдельных блоков. В нем также наиболее значимое место занимают электроды, коммутатор отведений, устройства усиления биопотенциалов, калибровки и регистрирующей ленты.

Особое внимание необходимо уделить электродам и самим отведениям, при помощи которых происходит процесс регистрации биопотенциалов сердца. Для регистрации электрокардиограммы в клинике принята система, которая включает 12 отведений: три стандартных отведения от конечностей (I; II; III), три усиленных однополюсных отведения от конечностей по Гольдбергу (VR; VL; VF) и шесть однополюсных грудных отведений по Уилсону (V1 V2, V3, V4, V5, V6).

Каждому отведению соответствует как минимум один электрод, таким образом, минимум равен 12-ти электродам, причем каждый должен быть изолирован от остальных. В конструкции шестиканального электрокардиографа предусмотрена несколько другая система: на каждую конечность, помимо правой ноги, накладывается по одному отведению, а на грудь пациента накладывается, как правило, одна небольшая «груша», в которой сосредоточены все шесть грудных отведений. Таким образом, электродов по сравнению с одноканальным электрокардиографом требуется гораздо меньше, что в свою очередь уменьшает риск непредвиденных ситуаций, которые могут повредить обследуемому.

Наряду с изменением количества электродов происходят изменения в структуре всех отведений. Так, шестиканальный электрокардиограф имеет несколько переключателей, которые позволяют в любой последовательности коммутировать отведения I, II, III; VR, VL, VF; V1, V2, V3, V4, V5, V6, но сущность каждого отведения остается той же.

Таким образом, при I стандартном отведении электрод правой руки соединен с отрицательным электродом электрокардиографа, электрод левой руки – с положительным электродом.

При II стандартном отведении электрод правой руки соединен с отрицательным электродом, а положительный электрод располагается на левой ноге. При III стандартном отведении отрицательный электрод помещается на левую руку, а положительный электрод расположен на левой ноге. При однополюсном отведении – VR отрицательный электрод является объединенным электродом от левой руки и левой ноги, а электрод правой руки прикреплен к положительному электроду электрокардиографа.

При однополюсном отведении – VL электрод левой руки прикреплен к положительному электроду, а отрицательный электрод является объединенным от правой руки и левой ноги. И при однополюсном отведении – VF отрицательный электрод является объединенным от обеих рук, в то время как положительный электрод соединен с левой ногой пациента. Что же касается грудных отведений, то их может быть шесть, каждое из которых располагается в своей области на грудной клетке обследуемого (V1 – четвертое межреберье, правый край грудины; V2 – четвертое межреберье, левая сторона грудины; V3 – IV ребро по левой окологрудинной линии; V4 – пятое межреберье, левая среднеключичная линия; V5 – левая передняя подмышечная линия; V6 – левая средняя подмышечная линия) или может присутствовать одно большое отведение, которое сочетает в себе шесть простых грудных отведений, или просто соблюдается линия, которая выстраивается на груди обследуемого стандартными грудными отведениями для регистрации биопотенциалов.

Таким образом, за счет своей способности в любой последовательности коммутировать все стандартные отведения шестиканальный электрокардиограф получил достаточно широкое распространение в клинических методах, в том числе и стационарных.

Принцип работы шестиканального электрокардиографа можно рассмотреть при его работе в присутствии всех 12-ти отведений. В связи с тем, что на вход коммутатора отведений поступает биоэлектрический сигнал низкого напряжения, основное требование к коммутатору – обеспечение малого электрического сопротивления на контактах.

Данный сигнал поступает на вход коммутатора посредством кабеля отведений, который предназначен для подключения к электрокардиографу электродов, наложенных на тело пациента. В основном кабель отведений состоит из определенного числа проводов, которые соответствуют числу электродов, причем концы этих проводов снабжены специальными контактами для подключения к электроду.

Как правило, провода кабеля отведений маркируются следующим образом: красный – к электроду на правой руке, желтый – к электроду на левой руке, зеленый – к электроду на левой ноге, черный или коричневый – к электроду на правой ноге, белый – к грудному электроду.

Поскольку скоммутированный в нужных последовательности и комбинации сигнал имеет относительно небольшую величину (0,03—5 мВ), именно поэтому зарегистрировать его на бумаге без предварительного усиления просто невозможно.

Биоэлектрический сигнал с коммутатора отведений поступает к входу усилителя биопотенциалов, где происходит усиление сигнала до определенной величины, которая необходима для перемещения гальванометра.

В шестиканальном электрокардиографе усилители чаще всего выполняются на интегральных схемах. В этих целях достаточно широко применяются промышленные интегральные схемы операционных усилителей, которые дают возможность построить усилители биопотенциалов очень высокой точности и чувствительности. После того как произошло усиление сигнала, он поступает на вход регистрирующего устройства, при помощи которого обеспечиваются такие важные характеристики электрокардиографа, как скорость движения бумажной ленты, толщина линий записи и др. Регистрирующее устройство электрокардиографа с чернильной и тепловой записью состоит из перьевого гальванометра и лентопротяжного механизма.

В современных шестиканальных электрокардиографах-ноутбуках роль регистрирующего устройства выполняет специальное программное обеспечение ЭВМ, поскольку в связи с развитием техники регистрация электрокардиограммы стала более удобной, потому что сам процесс регистрации стал с развитием компьютерной техники более точным.

Также полученную электрокардиограмму стало легче хранить, поскольку ее можно сберечь в виде графического изображения на специальной бумажной ленте или сохранить при помощи компьютера на каком-либо съемном диске. Это связано с тем, что вначале электрокардиограмма записывается в памяти ЭВМ, а уже после этого регистрируется на бумаге.

Электроэнцефалограф

Электроэнцефалограф – это прибор, с помощью которого можно производить регистрацию разнообразных биоэлектрических процессов в структурах мозга.

Данный прибор состоит из нескольких компонентов, которые четко взаимосвязаны и заключены в общий корпус: это коммутатор отведения, усилитель отводимых биопотенциалов, регистрирующее устройство и устройство калибровки.

Наиболее значимыми компонентами любого электроэнцефалографа являются электроды, а также световой и звуковой стимуляторы.

По своей структуре существуют разные типы электродов: накладные, игольчатые, приклеивающиеся, кортикографические, имплантируемые (другое название – долгосрочные), а также многоконтактные зонды. Помимо этих типов, имеются и другие, которые в основном применяются для исследования биопотенциалов базальной поверхности головного мозга, они получили название электродов специального назначения, поскольку отличаются от остальных тем, что подводятся через носовые ходы к задней стенке носоглотки.

Но наиболее удобными и распространенными в клинической практике являются накладные электроды-мостики, которые крепятся на голове пациента с помощью специальных резиновых шлемов-сеток. Если необходима экспресс-диагностика, то в основном применяют игольчатые электроды, например при тяжелых травмах головного мозга. Поскольку те электроды, которые применяются для отведения различных биопотенциалов мозга с определенных точек головы пациента, имеют малое переходное сопротивление между самими электродами и кожей головы и малое напряжение поляризации, то их изготавливают из тех токопроводящих металлов, которые обладают антикоррозийными свойствами (либо чистое серебро, либо его сплав с хлоридом серебра).

Существует специальная электродная паста, с помощью которой обеспечивается необходимый контакт при накладывании электродов на кожу головы. Только в том случае, если установлен необходимый контакт, можно ожидать нормальной диагностики и хорошо выведенных результатов.

Само устройство электроэнцефалографа можно описать следующим образом. Сигнал от электродов поступает на коммутатор отведений, который представляет собой многопозиционный переключатель.

В связи с быстрым развитием любой техники в настоящее время вместо механических коммутаторов отведений применяются электронные, или программные, которые способны автоматизировать процесс регистрации биопотенциалов головного мозга и сократить время записи электроэнцефалограммы, что имеет огромное значение в клинической практике. Как правило, чувствительность электроэнцефалографа достигает 1—0,2 мкВ/мм.

Для того чтобы обеспечить подобную чувствительность прибора в диапазоне частот 0,5—100 Гц, существуют специальные устройства, способствующие подавлению внешних помех полезного сигнала.

Для количественной оценки амплитудных характеристик электроэнцефалограммы в электроэнцефалографы встраивают специальные калибровочные устройства, амплитуда напряжения которых находится в диапазоне 20—5000 мкВ. Регистрирующее устройство имеет несколько постоянных скоростей движения бумаги (как правило, это скорости, равные 15, 30 и 60 мм/с). Эффективная ширина записи не должна превышать 20 мм.

В электроэнцефалографах применяются перьевой и струйный чернильный виды записи, а также термическая запись на специализированной бумажной ленте.

Еще в устройство данного аппарата входят частотные фильтры, которые предназначаются для ограничения полосы электроэнцефалограммы в пределах 15, 30 и 75 Гц.

История этого прибора, как и самой науки электроэнцефалографии, начинается с 1913 г., поскольку в этом году В. В. Правдин-Неминский впервые зарегистрировал различные типы колебаний потенциалов обнаженного головного мозга собаки с помощью струнного гальванометра, который как бы послужил предпосылкой к созданию электроэнцефалографа.

В 1928 г. немецкий психиатр Э. Бергер впервые смог записать биотоки головного мозга человека с помощью специальных игл, которые использовались в качестве отводящих электродов.

Дальнейшее развитие электроэнцефалографа связано с прогрессом электроники, в частности с разработкой многоканального высокочувствительного электроэнцефалографа, причем основой к развитию послужили именно данные небольшие, но значимые открытия.

Для того чтобы достичь наилучшего результата без помех, пациенту необходимо выполнять некоторые обязательства и должны соблюдаться определенные условия.

Сам процесс записи электроэнцефалограммы осуществляется в специальных свето– и звукоизолированных помещениях для нивелирования ориентировочных реакций пациента на влияние всех внешних факторов.

Современные электроэнцефалографы оборудованы специальными фильтрами для подавления сетевых наводок тока, и за счет этого экранированные от электрических помех камеры, которые ранее использовались для записи электроэнцефалограммы, стали необязательными.

При электроэнцефалографии пациент в зависимости от тяжести состояния должен находиться либо в положении полулежа в специальном удобном кресле, либо лежать на кушетке с несколько приподнятым подголовником.

Сам процесс исследования для обследуемого абсолютно безвреден и безболезнен, продолжается электроэнцефалография не более 20—25 мин. Пациенту необходимо обязательно закрыть глаза, расслабить мышцы туловища, конечностей, шеи, а также мышцы лица. Все электроды, которые располагаются на правой стороне головы, обозначаются четными числами, а электроды, расположенные на левой стороне, – нечетными числами.

Перед установкой электродов кожу головы необходимо обезжирить для того, чтобы обеспечить нормальную и необходимую величину переходного сопротивления.

По числу каналов записи электроэнцефалограммы данные приборы могут быть 8-, 16– и 32-канальными. Наиболее распространенными являются 8– и 16канальные электроэнцефалографы.

При помощи специальных дополнительных датчиков и приставок электроэнцефалографы позволяют регистрировать и другие параметры, такие как электрокардиограмма, электромиограмма, кривые дыхания. Совершенствование электроэнцефалографов следует по пути автоматизации их управления и внедрения электроэнцефалограммы с помощью микро-ЭВМ и микропроцессоров.

Электроэнцефалограф компьютерный

Электроэнцефалограф компьютерный – это прибор, при помощи которого можно произвести запись биоэлектрических процессов, протекающих в структурах головного мозга человека, с обработкой энцефалограммы с помощью микро-ЭВМ, а также микропроцессоров.

По своей сути компьютерный электроэнцефалограф мало чем отличается от стандартного. Единственные отличия следующие: результаты обследования больного при компьютерной электроэнцефалографии записываются в цифровом или же буквенном виде с заключением по диагнозу; а вторая особенность в том, что за счет компьютеризации произошло полное автоматизирование системы управления электроэнцефалографа.

Внедрение компьютерных технологий в электроэнцефалографию стало огромным шагом вперед в развитии медицинской техники, поскольку данный метод обследования стал наиболее удобным, надежным и максимально комфортным как для специалиста, который проводит данную диагностику, так и для пациента.

Таким образом, компьютерный энцефалограф является максимально прогрессивным прибором в данном методе исследования, который получил признание врачей-специалистов и широкое распространение не только в России, но и по всему миру.

Электроды, применяемые для отведения биопотенциалов головного мозга с определенных точек головы человека, как правило, имеют малое переходное сопротивление и малое напряжение поляризации. Их в основном изготавливают из токопроводящих металлов, которые обладают антикоррозионными свойствами, такими металлами являются серебро, причем чистое, и его сплав с хлоридом серебра.

Необходимый контакт при накладывании электродов на кожу головы пациента обеспечивает специальная электродная паста.

Фиксация отводящих электродов на голове производится в основном по международной схеме, в ней представлены основные точки наложения электродов, которые имеют определенные обозначения и соответствуют конкретным областям поверхности головного мозга: лобные электроды (F3; F4), нижелобные электроды (F7; F8), лобно-полюсные электроды (Fр1; Fр2), центральные электроды (С3; С4), теменные электроды (Р3; Р4), затылочные электроды (О1; О2), передние и задние височные электроды (Т3; Т4 и Т5; Т6) и сагиттальные электроды (Рz; Cz; Tz).

Все электроды укрепляются симметрично по отношению к средней линии головы так, чтобы расстояние между соседними отведениями с обеих сторон было одинаковым.

При этом индифферентный электрод, как правило, накладывается на мочку уха и имеет обозначение буквой А.

Но электроды являются внешними устройствами компьютерного электроэнцефалографа, с помощью которых производится распознавание биоэлектрических сигналов головного мозга человека.

Внутренними устройствами конструкции компьютерного электроэнцефалографа являются коммутатор отведений, усилитель отводимых биопотенциалов, регистрирующее устройство, устройство калибровки.

Все компоненты заключены в общий корпус, являются конструктивно объединенными и регулируются небольшим микропроцессором, который заключен в тот же самый корпус.

В компьютерном электроэнцефалографе применяется программный (электронный) коммутатор отведений, который позволяет автоматизировать весь процесс регистрации биопотенциалов головного мозга и сократить время записи электроэнцефалограммы.

Чувствительность компьютерного электроэнцефалографа значительно выше по сравнению с обычным подобным прибором.

Для того чтобы обеспечить высокий показатель чувствительности в диапазоне частот 0,5—100 Гц, существуют специальные устройства, которые способствуют подавлению внешних помех полезного сигнала. Также для количественной оценки амплитудных характеристик электроэнцефалограммы в данный прибор встроено устройство калибровки чувствительности, которое содержит амплитуду напряжения, колеблющуюся в достаточно широком диапазоне.

Далее биоэлектрический сигнал поступает на регистрирующее устройство, причем если в стандартном электроэнцефалографе данное устройство представлено определенным механизмом, при помощи которого происходит регистрация биопотенциалов на бумажной ленте, то в компьютерном роль регистрирующего устройства выполняет определенная программа, специально настроенная для данного метода исследования.

Таким образом, устройство компьютерного электроэнцефалографа является практически полностью автоматизированным. За счет этого процесс регистрации биопотенциалов является не особо длительным и максимально удобным.

Наибольшее удобство представляет процесс записи электроэнцефалограммы, поскольку, во-первых, результаты максимально точны, а во-вторых, медицина избавилась от длинных бумажных лент с кривыми биопотенциалов, так как результат компьютерной электроэнцефалографии – цифровой и может быть сохранен либо в памяти прибора, либо на других съемных дисках (обычные диски, дискеты). Главное, что сама программа ставит диагноз в соответствии с заложенными в нее данными по поводу того или иного заболевания. В связи с таким развитием медицинской техники электроэнцефалография имеет огромное значение. В частности, данный метод широко применяется для решения таких основных исследовательских и диагностических задач, как: распознавание локализации патологического очага в головном мозге; дифференциальный диагноз органических и функциональных заболеваний центральной нервной системы; изучение механизмов эпилепсии и выявление на ее ранних стадиях эпилептогенного фокуса при отсутствии типичных клинических симптомов заболевания; характеристики реакции активации коры головного мозга; для обоснования физиологической безвредности действия новых анестетиков на центральную нервную систему; оценка обратимых и необратимых изменений головного мозга по нарушению биопотенциалов.

Раздел 9. Теплотехника. Энергетика

Аккумулятор

Аккумулятор – прибор, осуществляющий накопление энергии с целью ее последующего использования. В настоящее время различают несколько типов аккумуляторов. Среди них:

  1) электрический аккумулятор, он осуществляет превращение электрической энергии в энергию химических связей, по мере необходимости происходит обратное преобразование химической энергии в электрическую; данный вид аккумуляторов нашел широкое применение в машиностроении;

  2) тепловой аккумулятор, он способен запасать тепловую энергию, которая впоследствии может быть использована по мере необходимости;

  3) инерционный аккумулятор, он осуществляет преобразование действия внешних сил в кинетическую энергию, которая впоследствии по мере необходимости может быть использована;

  4) гидравлический аккумулятор; он осуществляет накопление жидкости с ее последующим использованием; данный вид аккумуляторов применяется на гидравлических установках;

  5) пневматический аккумулятор, он осуществляет накопление газа с последующим его использованием; применяется в пневматических установках.

Наибольший интерес представляют электрические аккумуляторы, которые используются в автомобилях. В настоящее время в продаже имеются залитые и сухозаряженные аккумуляторы. Для приведения сухозаряженного аккумулятора в работоспособное состояние осуществляют приготовление электролита. Для этого смешивают концентрированную серную кислоту с дистиллированной водой в соотношении 30,6 : 100. Приготовленный раствор электролита заливают в сухозаряженный аккумулятор, после чего происходит пропитка активных масс аккумулятора в течение 30—120 мин в зависимости от фирмы-производителя. После этого аккумулятор подлежит подзарядке.

Первая электрическая батарея, пригодная для повсеместного применения, была спроектирована и создана в 1802 г. Уильямом Круикшанком. Эта батарея представляла собой ящик из древесины прямоугольной формы, внутри которого помещались квадратные медные пластины, спаянные с такими же цинковыми пластинами. Ящик заполнялся электролитом, в качестве которого выступали либо кислота, либо морская вода. В дальнейшем благодаря трудам Майкла Фарадея, Андре-Мари Ампера и ряда других выдающихся ученых физика электричества шагнула далеко вперед. В 1899 г. Вальдмар Юнгнер сконструировал никель-кадмиевый аккумулятор, в 1901 г. Эдисон создал никель-железный аккумулятор. Дальнейшее усовершенствование аккумуляторов было связано прежде всего с разработкой различных вариантов комбинирования металлических пластин, а также с созданием герметичного пространства, в которое помещаются пластины.

Атомный реактор

Атомный реактор – устройство для осуществления управляемой цепной реакции деления ядра. Согласно современной классификации существуют атомные реакторы различных типов.

  1. По назначению реакторы бывают:

  1) исследовательские;

  2) энергетические;

  3) реакторы для получения вторичного топлива.

  2. По способу распределения топлива:

  1) гетерогенные реакторы;

  2) гомогенные реакторы.

  3. По виду энергии, которой обладают инициирующие нейтроны:

  1) реакторы на быстрых нейтронах;

  2) реакторы на тепловых нейтронах;

  3) реакторы на промежуточных нейтронах.

  4. По характеру теплоносителя:

  1) теплоноситель – вода;

  2) теплоноситель – газ;

  3) теплоноситель – органическое вещество;

  4) теплоноситель – жидкий металл;

  5) теплоноситель – тяжелая вода;

  6) теплоноситель – расплавленная соль металла.

  5. По виду замедлителя нейтронов:

  1) замедлитель – вода;

  2) замедлитель – тяжелая вода;

  3) замедлитель – графит;

  4) замедлитель – бериллий;

  5) замедлитель отсутствует.

  6. По степени обогащения топлива:

  1) реакторы, работающие на естественном уране;

  2) реакторы, работающие на слабо обогащенном уране;

  3) реакторы, работающие на чистом делящемся изотопе урана.

Предпосылками к созданию атомного реактора явились проведенная Э. Резерфордом в 1919 г. первая ядерная реакция, открытие Ф. Жолио и И. Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности.

Первый атомный реактор был запущен в США в 1942 г. Его конструктором явился итальянский физик Энрико Ферми. В 1930 г. Ферми был назначен Муссолини членом Королевской академии Италии. В этом же году началась работа Энрико Ферми по созданию атомного реактора. К 1934 г. Ферми со своими сподвижниками добились значительных результатов, была опубликована статья под названием «К теории бета-лучей». В 1938 г. Ферми вместе с женой, еврейкой по национальности, эмигрируют из нацистской Италии в США. Как говорится, жизнь полна неожиданностей. Эмиграция Ферми была вынужденной. Он, как и многие другие выдающиеся деятели науки и культуры, покинул Италию из-за установившегося в ней господства националистического строя. Вынудив Ферми уехать из страны, Муссолини и его правительство не могли предположить, что труды Энрико Ферми в конечном счете обратятся против Италии и ее союзников. Ведь Соединенные Штаты Америки и Италия во время Второй мировой войны находились в противоборствующих коалициях.

В этом же году Энрико Ферми получает Нобелевскую премию по физике. В 1942 г. Ферми становится руководителем проекта по созданию первого в мире атомного реактора.

Первый в Советском Союзе атомный реактор был создан в 1946 г. Операцией руководил Игорь Васильевич Курчатов, занимавшийся разработкой ядерных реакций с 1943 г.

Быстрый реактор

Быстрый реактор – разновидность ядерного реактора, в котором для управляемой цепной реакции деления ядра используются быстрые нейтроны.

Нейтрон является элементарной частицей с нулевым зарядом. Открытие нейтрона принадлежит Дж. Чэдвику, но его существование предсказывалось задолго до научного подтверждения существования этой частицы. Сразу же после открытия нейтрона начались работы по созданию реакторов, работающих на энергии этих частиц. В нашей стране подобными исследованиями руководил А. И. Лейпунский. Именно под его контролем были созданы такие реакторы, как БР-5, БОР-60, БН-350, БН-600. Первым реактором, работающим на быстрых нейтронах, был реактор БР-5. Запуск этого реактора был осуществлен в 1959 г. Данный быстрый реактор являлся первопроходцем, предназначенным не для промышленной эксплуатации, а для подтверждения теории быстрых нейтронов. Первым же быстрым реактором, работающим в промышленных масштабах, стал пущенный в 1972 г. БН-350.

Ветроагрегат

Ветроагрегат – функционирующая система, образованная ветродвигателем и устройствами, приводимыми в движение ветродвигателем.

Принцип действия всех типов ветроагрегатов такой же, как и ветродвигателей. Поток ветра приводит рабочее колесо во вращение, при этом крутящий момент посредством функционирования системы передач поступает к валу генератора, который вырабатывает энергию. Нужно сказать, что в подобной системе количество вырабатываемой энергии прямо пропорционально диаметру рабочего колеса.

Согласно современной классификации все ветродвигатели могут быть разделены на:

  1) ветродвигатели, имеющие горизонтальную ось вращения, т. е. крыльчатые;

  2) ветродвигатели с вертикальной осью вращения, т. е. карусельные.

Использование энергии ветра известно с древнейших времен. Вспомним хотя бы ветряные мельницы, получившие повсеместное распространение в Средние века. Более сложным устройством, использующим энергию ветра, было парусное судно, что относится примерно к XVI в. Таким образом, использование ветра в качестве бесплатного источника энергии было очень актуально. Но и в настоящее время, несмотря на то что наука и техника по сравнению со Средними веками шагнули намного дальше, имеет место использование энергии ветра. Это связано с ее дешевизной и с отсутствием загрязнения окружающей среды, которое мы имеем, используя различное топливо. Во второй половине XX столетия были достаточно широко распространены ветроэлектростанции, ветроустановки, применяемые в сельском хозяйстве. В настоящее время можно встретить рекламные щиты, функционирующие по принципу ветроагрегата. Но, несмотря на ряд положительных свойств, у ветроагрегатов имеется один существенный недостаток по сравнению с топливными конструкциями – это зависимость от погодных условий.

Ветродвигатель

Ветродвигатель – устройство, которое использует энергию ветра, осуществляет ее преобразование в механическую энергию.

Работы многих испытателей были посвящены этой проблеме. Но первые разработки теории ветродвигателя относятся к началу XX столетия. Здесь прежде всего хочется упомянуть нашего соотечественника В. Залевского.

Принцип действия всех типов ветродвигателей одинаков, он такой же, как у ветродувов.

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика – отрасль энергетики, которая осуществляет разработку и создание методов и аппаратов для использования энергии ветра и преобразования ее в тепловую, электрическую или механическую энергию. Разработке методов и аппаратов для осуществления подобного преобразования энергии ветра предшествовало создание флюгеров (устройств для определения направления ветра) и анемометра (прибора для определения скорости ветра). Одними из первых и наиболее простых устройств для преобразования энергии ветра в механическую энергию были ветряные мельницы и ветряки.

Первые разработки теории ветродвигателя относятся к началу XX столетия. Здесь, прежде всего, хочется упомянуть нашего соотечественника В. Залевского. На первый взгляд может показаться, что использование энергии ветра в начале XX в., по меньшей мере, нерационально, что есть другие, гораздо более эффективные источники энергии, но нужно помнить: мир с 1914 по 1918 г. находился в состоянии войны, поэтому дешевый источник энергии был просто необходим. Таким источником и явился ветер. Кстати, разработка теории использования энергии ветра советским ученым не значит, что подобный вид энергии применялся только в нашей стране. Многие страны Европы и США приступили к созданию станций и промышленных предприятий на основе энергии ветра.

Вихревая топка

Вихревая топка – конструкция, предназначенная для температурной обработки жидкого и твердого топлива в газообразное горючее топливо с температурой от 500 до 1200 К. В структуре вихревой топки различают загрузочный бункер, камеру возгорания и камеру газообразования. Принцип работы вихревой топки заключается в образовании газообразного топлива из жидкого или твердого под действием высоких температур и без доступа кислорода, подобный процесс получил название «пиролиз».

Широкое распространение вихревых топок обусловлено повышением тарифов на топливо. Использование же подобных конструкций позволяет снизить затраты. Например, на деревоперерабатывающих предприятиях остается большое количество отходов, которые могут использоваться в вихревых топках для получения газообразного топлива.

Вихрекамерный двигатель

Вихрекамерный двигатель – двигатель внутреннего сгорания (зачастую, как правило, это дизель), внутри которого каждый цилиндр соединен с вихревой камерой, где происходит смесеобразование топлива с интенсивной турбулентностью воздуха. Воздух подают в камеру сгорания в форме шаров, для соединения с цилиндром двигателя имеется сложный тангенциальный канал. К основным преимуществам вихрекамерных двигателей можно отнести следующее:

  1) наблюдается относительно постоянное прохождение теплового процесса;

  2) рабочий процесс приспособлен к быстроходным дизелям, имеющим малолитражный объем;

  3) имеется сравнительно низкая чувствительность к качеству дизельного топлива.

К недостаткам вихрекамерных двигателей относится сравнительно высокий расход топлива на одну удельную единицу, который вызван большими потерями в тепловой и гидравлической системах вихрекамерного двигателя.

Рудольф Дизель свою профессиональную деятельность начал с работ по увеличению КПД паровой машины. Свои идеи исследователь опубликовал в статье «Теории и конструкция рационального теплового двигателя». Первоначально в качестве топлива для своего двигателя Дизель использовал угольную пыль, но это не приводило к увеличению КПД, т. е. поставленная задача не была выполнена. Нужно сказать, что попытки использования в качестве топлива угольной пыли предпринимались не один раз и имели экономическую подоплеку, так как угольная пыль являлась одним из самых дешевых видов топлива. После длительных экспериментов была предпринята попытка использования частично очищенной нефти, которая явилась завершающим этапом в работе по созданию нового, более эффективного двигателя. 1897 г. считается годом изобретения дизельного двигателя внутреннего сгорания. Работы по усовершенствованию дизельного двигателя внутреннего сгорания начались практически сразу после его изобретения. Это было неудивительно, ведь бурное развитие технической отрасли требовало более совершенных источников энергии. Спустя несколько лет сразу несколькими учеными была предложена идея перемешивать топливо в вихревом потоке воздуха, этот принцип и был положен в основу при создании вихрекамерного двигателя.

Водо-водяной реактор

Водо-водяной реактор – разновидность ядерного реактора, в котором вода выполняет функцию и замедлителя нейтронов, и теплоносителя.

По конструкции водо-водяной реактор представляет собой заполненный водой резервуар. В этой воде расположены тепловыделяющие сборочные узлы (комплекты тепловыделяющих элементов), представляющие собой активную зону. Водный поток, создаваемый циркуляционными насосами, проходящий через активную зону, отводит выделяющееся тепло. В реакторах с малой мощностью часто используют естественную циркуляцию. Известны две разновидности энергетических водо-водяных реакторов: с водой под давлением и кипящие. В первом случае вода не доводится до кипения, и полученное тепло она передает воде второго контура в парогенераторах. В дальнейшем вода второго контура превращается в рабочий пар (например, в реакторах Нововоронежской АЭС). В кипящих реакторах вода, которая проходит через активную зону, частично превращается в пар. Полученная пароводяная смесь разделяется после выхода из реактора или в самом реакторе. Пар направляется в рабочую турбину, а вода транспортируется обратно в активную зону реактора. Для получения пара, необходимого для использования в турбинах энергетических реакторов, поддерживается высокое давление: 10—20 Мн/м2 (100—200 кгс/см2) в реакторах с водой под давлением и 7 Мн/м2 (70 кгс/см2) – в кипящих реакторах. Водо-водяные реакторы, давление воды в которых существенно ниже, чем в энергетических, применяются в качестве реакторов для исследования. Высокие замедляющие свойства воды и отличные ее качества как теплоносителя позволяют развивать значительную удельную мощность (на единицу объема активной зоны). В связи с этим их сооружение относительно рентабельно и дешево. Реакторы просты и надежны в эксплуатации, в связи с чем они нашли широкое распространение в качестве энергетических и, что наиболее важно, в исследовательских установках.

Водонагреватель

Водонагреватель – аппарат, предназначенный для теплообменного нагревания воды паром, горячей водой, горячими газами, электрическим током. Водонагреватель применяют в различных энергетических системах, таких как система горячего водоснабжения, система водяного отопления, система нагрева питательной воды для котельных агрегатов, для бытовых и иных различных сфер деятельности человека. Самыми распространенными считаются водонагреватели поверхностного типа, в них к нагреваемой воде тепло передается через поверхность металлических трубок, подогреваемых паром или водой. Значительно реже применяют контактные водонагреватели, в которых нагреваемая вода непосредственно соприкасается с паром или горячими газами. Работающие на газе или на твердом топливе ванные колонки, змеевики или водогрейные коробки, размещенные в плитах, кипятильники относятся к местным водонагревателям. Широкое применение из местных водонагревателей нашли ванные колонки. Их формы, размеры, конструктивные особенности, дизайн и исполнение могут быть различными. Они могут быть проточными и емкостными, работать на различном виде топлива: газообразном, твердом, жидком и электричестве. Тепловая мощность ванных колонок может достигать 35 кВт (30 тыс. ккал/ч). Водяные экономайзеры – это разновидность водонагревателей, которые устанавливаются в котельных агрегатах для нагрева воды за счет тепла отходящих газов.

Водотрубный котел

Водотрубный котел – паровой котельный агрегат, конструктивно соединенный в единое целое комплекс устройств, предназначенный для получения пара под давлением или горячей воды за счет сжигания различного вида топлива. Водотрубный котел является одним из двух основных видов котлов. У водотрубного котла вода и пароводяная смесь движутся по стальным трубам, омываемым снаружи газообразными продуктами сгорания. Главной частью водотрубного котла являются топочная камера и газоходы, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие тепло продуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель). Элементы водотрубного котла располагаются на каркасе. Они защищены от потерь тепла обмуровкой и изоляцией. Основное свое применение водотрубные котлы получили на тепловых электростанциях. Там они необходимы для обеспечения паром турбин. Также водотрубные котлы применяются в отопительных и промышленных котельных для выработки пара и горячей воды для технологических и отопительных нужд; в судовых котельных установках. Конструкция водотрубного котла зависит от его функционального назначения, вида и типа применяемого топлива и способа сжигания, давления и температуры вырабатываемого пара, а также от единичной производительности пара. Сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания происходят в топочной камере водотрубного котла. В результате этого между нагретыми газами и покрывающими стены топочной камеры трубами, в которых циркулирует охлаждающая их среда (вода или пар), происходит лучистый теплообмен. Система этих труб называется топочными экранами. При выходе из топки газы имеют температуру, достигающую 1000 °С. В дальнейшем на пути газа устанавливают трубчатые поверхности нагрева (пароперегреватели) для его охлаждения, обычно они выполняются в виде ширм-змеевиков с трубчатым поперечным сечением, собранных в плоские пакеты. Теплообмен в ширмовых поверхностях происходит излучением и конвекцией, именно из-за этого такие поверхности часто называют полурадиационными. Пройдя пароперегреватель ширмового типа, газы с температурой 800—900 °С далее поступают в конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления, которые выполнены в виде пакетов труб. Теплообмен в этих и последующих рабочих поверхностях нагрева происходит в основном конвекцией и соответственно называется конвективным. Затем на пути газов, имеющих температуру 600—700 °С, устанавливается сначала водяной экономайзер, а далее – воздухоподогреватель. В воздухоподогревателе газы (в зависимости от вида сжигаемого топлива) охлаждаются до 130—170 °С. Дальнейшему снижению температуры мешает конденсация на поверхностях нагрева паров воды и серной кислоты, которая образовалась при сжигании различных видов сернистого топлива и привела к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева золовыми частицами с последующей коррозией металла. Охлажденные газы, пройдя устройства очистки различной степени от золы и в большинстве случаев от серы, выбрасываются дымовой трубой в атмосферу. Различные продукты сгорания топлива, которые были уловлены в водотрубных котлах, периодически или непрерывно удаляются через сложные системы шлакоудаления и золоудаления. По характеру передвижения рабочей среды водотрубные котлы бывают с многократной естественной или принудительной циркуляцией и прямоточные. В водотрубном котле с многократной циркуляцией рабочая среда непрерывно движется по замкнутому контуру, который состоит из обогреваемых и необогреваемых труб, соединенных между собой промежуточными камерами-коллекторами и барабанами. Там она частично испаряется в обогреваемой части контура. В связи с разностью плотностей пароводяной смеси в обогреваемой (подъемной) части контура и воды в слабо обогреваемой или совсем не обогреваемой (опускной) его части осуществляется движение рабочей среды по циркуляционному контуру в водотрубном котле с естественной циркуляцией. В водотрубном котле с принудительной циркуляцией перемещение рабочей среды по контуру осуществляется под действием циркуляционного насоса. Постоянное упаривание котловой воды в водотрубном котле с многократной естественной или принудительной циркуляцией в конечном счете неизбежно приводит к концентрации растворенных и взвешенных в ней всевозможных примесей (солей, окислов, гидратов окислов). В дальнейшем эти примеси могут скапливаться на внутренней поверхности труб обогревания с ухудшением условия их охлаждения и становясь причиной перегрева металла (с последующей аварийной остановкой водотрубного котла из-за разрыва рабочих труб). Кроме того, недопустимо чрезмерное повышение концентрации примесей в используемой воде из-за переноса их паром из барабана в капельках воды или в виде парового раствора в пароперегреватель, а также в турбину, где вредные примеси оседают на рабочих лопатках турбомашины, существенно уменьшая ее КПД. Для избежания повышения концентрации примесей производятся продувки котла со строгой периодичностью. Предельно допустимая концентрация (ПДК) примесей определяется конструкцией и параметрами водотрубного котла, составом питающей воды и тепловыми напряжениями экранных поверхностей нагрева.

В прямоточном водотрубном котле происходят нагрев, испарение воды и перегрев пара за один проход рабочей среды по тракту. В отличие от водотрубного котла с естественной или принудительной, многократной циркуляцией в водотрубном котле с прямоточной организацией процесса генерации пара примеси, содержащиеся в питательной воде, не могут быть выведены из конструкции продувкой части котловой воды. В связи с этим часть вредных примесей осаждается на внутренней поверхности труб прямоточного водотрубного котла, а часть (вместе с паром) транспортируется в турбину, где отлагается на лопатках. Именно поэтому и предъявляются более жесткие требования к качеству питательной воды в прямоточных водотрубных котлах. В связи с этим вода предварительно проходит обработку в системе водоподготовки. Для повышения экономичности в энергетических установках используются схемы с вторичным (промежуточным) перегревом: образованный пар после срабатывания части его тепловой энергии в турбине возвращается в водотрубный котел, подвергается дополнительному перегреву в пароперегревателе с низким давлением и опять отправляется в турбину. Существуют водотрубные котлы с двумя промежуточными перегревами пара. Температура вторично перегретого пара, как правило, берется в рассмотрение такой же, как первично перегретого, или близкой к ней. Для поддержания температуры первичного и вторичного перегрева пара на требуемом уровне водотрубные котлы обычно снабжают различными регулирующими устройствами. Зачастую они представлены в виде смесительных и поверхностных теплообменников разной формы и конфигурации, систем рециркуляции части охлажденных дымовых газов в топочную камеру, приспособлениями для изменения угла наклона горелок и т. д.

Паропроизводительность выпускаемых промышленностью вертикально-водотрубных котлов составляет от 2,5 до 640 т/ч наряду с прямоточными котлами от 250 до 2500 т/ч, они применяются в различных котельных установках. Горизонтально-водотрубные котлы сняты с производства.

Изобретателем котла считается исследователь из Франции Дени Папен. Первые котлы имели вид цилиндра диаметром 75—120 см. Принцип их действия основывался на том, что при прохождении продуктов сгорания топлива через трубы, омываемые водой, образовывался пар, энергия которого впоследствии преобразовывалась в механическую энергию.

Водотрубный котел был изобретен в 1829 г. Джорджем Стефенсоном и М. Сеганом независимо друг от друга. Дальнейшие модификации водотрубных котлов связаны с именами Гарни Голдуотера, Якоба Перкинса.

Воздухоподогреватель

Воздухоподогреватель – аппарат, предназначенный для теплообмена и нагревания проходящего внутри него воздуха. Его применение весьма обширно (в котельных установках ТЭС и промышленных предприятиях, системах воздушного отопления, приточной вентиляции и кондиционирования воздуха).

В теплотехнике и энергетике воздухоподогреватели устанавливаются с целью повышения температуры воздуха, направляемого затем в топку и углеразмольные устройства, за счет использования тепла уходящих газов.

По принципу действия воздухоподогреватели условно разделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных воздухоподогревателях тепло от газов к воздуху передается через неподвижную разделяющую их металлическую стенку трубы. Как правило, это стальные трубчатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 30—40 мм). Трубки в нем расположены обычно вертикально, внутри них движутся продукты сгорания; воздух омывает их поперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счет перепускных воздуховодов (коробов) и промежуточных перегородок. Газ в трубках движется со скоростью 9—13 м/с, воздух между трубками – вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы.

Температуру стенок труб воздухоподогревателя во избежание коррозии и налипания золы желательно поддерживать выше точки росы. Это достигается предварительным подогревом воздуха в паровом калорифере либо рециркуляцией части горячего воздуха.

В регенеративном воздухоподогревателе тепло передается через металлическую насадку, которая периодично нагревается газообразными продуктами сгорания, после чего переносится в поток воздуха и отдает ему аккумулированное тепло. Регенеративный воздухоподогреватель котла представляет собой медленно вращающийся (3—5 об/мин) барабан (ротор) с набивкой (насадкой) из тонких гофрированных стальных листов, заключенный в неподвижный корпус. Корпус разделен секторными плитами на две части – воздушную и газовую. При вращении ротора набивка попеременно пересекает то газовый, то воздушный поток. Несмотря на то что набивка работает в нестационарном режиме, подогрев идущего сплошным потоком воздуха осуществляется непрерывно без колебаний температуры. Движение газов и воздуха – противоточное. Регенеративный воздухоподогреватель отличается компактностью (до 250 м2 поверхности нагрева в 1 м3 набивки); он широко распространен на мощных энергетических котельных агрегатах. Его недостатком является большое (до 10%) перетекание воздуха в тракт газов, что ведет к перегрузкам дутьевых вентиляторов и дымососов и увеличению потерь с уходящими газами.

Перед проектированием воздухоподогревателя выполняется тепловой расчет по сложным формулам.

Газовая турбина

Газовая турбина – тепловая турбина постоянного действия, в которой тепловая энергия сжатого и нагретого газа (обычно продуктов сгорания топлива) преобразуется в механическую вращательную работу на валу; является конструктивным элементом газотурбинного двигателя.

Нагревание сжатого газа, как правило, происходит в камере сгорания. Также можно осуществлять нагрев в ядерном реакторе и др. Впервые газовые турбины появились в конце XIX в. в качестве газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению приближались к паровой турбине. Газовая турбина конструктивно представляет собой целый ряд упорядоченно расположенных неподвижных лопаточных венцов аппарата сопла и вращающихся венцов рабочего колеса, которые в результате образуют проточную часть. Ступень турбины представляет собой сопловой аппарат, совмещенный с рабочим колесом. Ступень состоит из статора, в который входят стационарные детали (корпус, сопловые лопатки, бандажные кольца), и ротора, представляющего собой совокупность вращающихся частей (таких, как рабочие лопатки, диски, вал).

Классификация газовой турбины осуществляется по многим конструктивным особенностям: по направлению газового потока, количеству ступеней, способу использования перепада тепла и способу подвода газа к рабочему колесу. По направлению газового потока можно различить газовые турбины осевые (самые распространенные) и радиальные, а также диагональные и тангенциальные. В осевых газовых турбинах поток в меридиональном сечении транспортируется в основном вдоль всей оси турбины; в радиальных турбинах, наоборот, перпендикулярно оси. Радиальные турбины подразделяются на центростремительные и центробежные. В диагональной турбине газ течет под некоторым углом к оси вращения турбины. У рабочего колеса тангенциальной турбины отсутствуют лопатки, такие турбины применяются при очень малом расходе газа, обычно в измерительных приборах. Газовые турбины бывают одно-, двух– и многоступенчатые. Количество ступеней определяется многими факторами: назначением турбины, ее конструктивной схемой, общей мощностью и развиваемой одной ступенью, а также срабатываемым перепадом давления. По способу использования располагаемого перепада тепла различают турбины со ступенями скорости, у которых в рабочем колесе происходит только поворот потока, без изменения давления (активные турбины), и турбины со ступенями давления, в них давление уменьшается как в сопловых аппаратах, так и на рабочих лопатках (реактивные турбины). В парциальных газовых турбинах подвод газа к рабочему колесу происходит по части окружности соплового аппарата или по его полной окружности.

В многоступенчатой турбине процесс преобразования энергии состоит из целого ряда последовательных процессов в отдельных ступенях. В межлопаточные каналы соплового аппарата подается сжатый и подогретый газ с начальной скоростью, где в процессе расширения происходит преобразование части располагаемого теплоперепада в кинетическую энергию струи вытекания. Дальнейшее расширение газа и преобразование теплоперепада в полезную работу происходят в межлопаточных каналах рабочего колеса. Газовый поток, воздействуя на рабочие лопатки, создает крутящий момент на главном валу турбины. При этом происходит уменьшение абсолютной скорости газа. Чем ниже эта скорость, тем большая часть энергии газа преобразовалась в механическую работу на валу турбины.

КПД характеризует эффективность газовых турбин, представляющую собой отношение работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный КПД современных многоступенчатых турбин довольно высок и достигает 92—94%.

Принцип работы газовой турбины состоит в следующем: газ нагнетается в камеру сгорания компрессором, перемешивается с воздухом, формирует топливную смесь и поджигается. Образовавшиеся продукты горения с высокой температурой (900—1200 °С) проходят через несколько рядов лопаток, установленных на валу турбины, и приводят к вращению турбины. Полученная механическая энергия вала передается через редуктор генератору, вырабатывающему электричество. Тепловая энергия выходящих из турбины газов попадает в теплоутилизатор. Также вместо производства электричества механическая энергия турбины может быть использована для работы различных насосов, компрессоров и т. п. Наиболее часто используемым видом топлива для газовых турбин является природный газ, хотя это не может исключить возможности использования других видов газообразного топлива. Но при этом газовые турбины очень капризны и предъявляют повышенные требования к качеству его подготовки (необходимы определенные механические включения, влажность).

Температура исходящих из турбины газов составляет 450—550 °С. Количественное соотношение тепловой энергии к электрической у газовых турбин составляет от 1,5 : 1 до 2,5 : 1, что позволяет строить когенерационные системы, различающиеся по типу теплоносителя:

  1) непосредственное (прямое) использование отходящих горячих газов;

  2) производство пара низкого или среднего давления (8—18 кг/см2) во внешнем котле;

  3) производство горячей воды (лучше, когда требуемая температура превышает 140 °С);

  4) производство пара высокого давления.

Большой вклад в развитие газовых турбин внесли советские ученые Б. С. Стечкин, Г. С. Жирицкий, Н. Р. Брилинг, В. В. Уваров, К. В. Холщевиков, И. И. Кириллов и др. Значительных успехов в создании газовых турбин для стационарных и передвижных газотурбинных установок достигли зарубежные фирмы (швейцарские «Броун-Бовери», в которой работал известный словацкий ученый А. Стодола, и «Зульцер», американская «Дженерал электрик» и др.).

В дальнейшем развитие газовых турбин зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной. Это связано с созданием новых жаропрочных материалов и надежных систем охлаждения рабочих лопаток при значительном усовершенствовании проточной части и др.

Благодаря повсеместному переходу в 1990-е гг. на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Несмотря на то что максимальная эффективность оборудования достигается на мощностях от 5 МВт и выше (до 300 МВт), некоторые производители выпускают модели в диапазоне 1—5 МВт.

Применяются газовые турбины в авиации и на электростанциях.

Газовый двигатель

Газовый двигатель – двигатель внутреннего сгорания, работа которого осуществляется на газообразном топливе (например, на природном или сжиженном газе). Существует два основных вида газовых двигателей внутреннего сгорания:

  1) газодизель;

  2) газовый двигатель, работающий при помощи искрового зажигания.

В рабочем цикле газового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием различают:

  1) процесс впуска; при перемещении поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение происходит поступление газообразного топлива в цилиндр, где топливо смешивается с газом, оставшимся после предыдущего рабочего цикла;

  2) процесс сжатия; происходит при закрытых впускном и выпускном клапанах и движении поршня; при поступлении газообразного топлива в цилиндр температура топлива ниже, чем температура стенок цилиндра, поэтому передача тепловой энергии происходит от стенок цилиндра к топливу; в дальнейшем по мере сжатия температура газа повышается и становится больше, чем температура стенок цилиндра, процесс теплообмена идет в обратном направлении;

  3) процесс сгорания; воспламенение топлива происходит в цилиндре при участии электрической искры;

  4) процесс расширения; так же, как при сжатии, идет теплообмен между газами рабочей смеси и стенками цилиндра, перенос тепловой энергии осуществляется от топливных газов к стенкам цилиндра;

  5) процесс выпуска; имеет место освобождение цилиндра от отработавших газов топливной смеси.

В конце XVIII в. был открыт светильный газ. В 1801 г. Лебоном был получен патент на моделирование и конструкцию газового двигателя на основе светильного газа. Принцип работы этого двигателя основывался на способности смеси из светильного газа и воздуха взрываться при воспламенении с выделением большого количества тепловой энергии. По замыслам Лебона, полезная работа могла осуществляться не только за счет тепловой энергии, но и благодаря энергии расширяющихся газов в процессе их горения.

По своей сути двигатель Лебона являлся прототипом двигателя внутреннего сгорания, но преждевременная кончина испытателя не позволила ему довести свои замыслы до конца. Лишь в 1860 г. Жан Этьен Ленуар, инженер из Бельгии, сконструировал аппарат, основанный на принципе воспламенения топливной смеси при помощи электрической искры. Идея Ленуара была превосходной, промышленность давно нуждалась в двигателе, работающем на подобном принципе. Но исполнение, как говорится, оставляло желать лучшего. Если во время испытаний двигатель работал безотказно, то, как только он стал изготавливаться в промышленных масштабах, стали видны все изъяны. Не стоит забывать, что продолжительность испытаний двигателя намного меньше, чем то время, которое двигатель находится в действии во время его промышленного использования, т. е. испытания двигателя Ленуара прошли превосходно, но при его включении в промышленную установку происходили быстрый перегрев частей и выход двигателя из строя. Усовершенствование данной конструкции путем включения в ее состав системы охлаждения и смазочной системы сделало двигатель внутреннего сгорания Ленуара конкурентоспособным.

Газогенератор

Газогенератор – устройство, предназначенное для температурной переработки жидкого и твердого топлива в газообразное горючее топливо с температурой от 500 до 1200 К. В структуре газогенератора различают загрузочный бункер, камеру возгорания и камеру газообразования.

Как правило, термическая переработка осуществляется в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в газогенераторе газы называются генераторными.

В отличие от топок горение твердого топлива в газогенераторе осуществляется в большом слое и характеризуется количественным поступлением воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива. Процесс, происходящий в газогенераторе, называется газификацией топлива.

Образующиеся в газогенераторе газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетические разложения топлива на составляющие (угарный газ, водород, метан, углерод). Также в генераторные газы переходит азот воздуха.

Идея газогенератора была выдвинута в конце 1830-х гг. в Германии (Бищофом в 1839 г. и Эбельманом в 1840 г.), но их промышленное применение началось только после того, как Ф. Сименсом (1861 г.) был предложен регенеративный принцип отопления заводских печей, позволивший очень эффективно применять генераторный газ. По праву изобретателями первого промышленного газогенератора были братья Ф. и В. Сименс. Конструкция газогенератора получила повсеместное распространение и просуществовала в течение длительного периода (40—50 лет). В начале ХХ в. появились новые, более совершенные конструкции.

Часто газогенератор представляет собой шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом. Основными составляющими элементами газогенератора являются:

  1) корпус, который изготовлен в виде цилиндра из листовой стали, сваренной в местах стыка. В нижней части к корпусу приварено днище, в верхней находится соединительный фланец;

  2) бункер, служащий для загрузки топлива. Он представляет собой цилиндр, изготовленный из листовой малоуглеродистой стали. Бункер устанавливается внутри корпуса и закрепляется болтами на асбестовых прокладках на фланце вместе с крышкой;

  3) камера сгорания (активная камера), необходима для интенсивного сгорания топлива. Корпус камеры сгорания изготавливается из жаропрочной стали и приваривается к нижней части бункера. Внизу корпуса камеры прикрепляется горловина из жаропрочной хромистой стали, она необходима для крекинга смол. Между корпусом и горловиной прокладывается уплотнительный асбестовый шнур. В средней части корпуса камеры горения располагаются калиброванные отверстия – фурмы для подвода воздуха, они соединены с воздухораспределительной коробкой, изготавливаемой из жаропрочной стали. Воздухораспределительная коробка связана с атмосферой. Обратный клапан устанавливается на выходе воздухораспределительной коробки, он препятствует выходу газа из газогенератора при остановке двигателя. Перед воздухораспределительной коробкой устанавливается нагнетающий вентилятор, способствующий лучшей работе газогенератора и повышению мощности двигателя, а также дающий возможность использовать твердое топливо (чурки) повышенной влажности (до 60%);

  4) колосниковая решетка, располагающаяся в нижней части корпуса генератора, она поддерживает слой раскаленного угля под камерой горения. Зола через колосниковую решетку проваливается в зольную камеру. Для улучшения очистки от шлака средняя часть колосниковой решетки выполнена подвижной. Соответствующим рычагом осуществляется поворот чугунных (или жаропрочной стали) колосников;

  5) загрузочные устройства, которые состоят из крышек, герметично закрывающих люки. Верхний загрузочный люк закрывается откидной крышкой, уплотняемой асбестовым шнуром. В креплении крышки предусматривается амортизационное устройство в виде листовой рессоры (или пружины), которое при повышении давления сверх нормы в бункере дает возможность приоткрываться крышке. В этом случае крышка исполняет роль предохранительного клапана. На боковой поверхности корпуса в его нижней части выполнены два люка с герметичными резьбовыми крышками. Нижний предназначается для удаления золы, верхний – для догрузки угля в зону восстановления;

  6) охладитель и фильтр, которые изготавливаются из труб, наполненных различными фильтрующими элементами.

Для осуществления отбора газа в верхней части газогенератора приварен патрубок. К патрубку присоединен газоотводящий трубопровод. Газ через патрубок проходит по кольцевой полости, образованной стенками корпуса и бункера, обогревает бункер и подсушивает топливо в нем.

Сгорая, твердое топливо окисляется кислородом воздуха, поступающего в камеру горения. Затем продукты горения, проходя через фильтр, попадают в охладитель (так называемый фильтр грубой очистки), после чего охлажденный газ проходит тонкую очистку в соответствующем фильтре и перемешивается с воздухом в специализированном смесителе. Получившаяся газовоздушная смесь поступает в воздухозаборник двигателя внутреннего сгорания.

В работающем газогенераторе его внутреннее пространство разделяется на четыре зоны: подсушки, сухой перегонки, горения, восстановления.

Зона подсушки – это верхняя часть бункера, с температурой 150—200 °С.

Зона сухой перегонки – это средняя часть бункера. Температура в ней 300—500 °С. Топливо в этой зоне без доступа воздуха обугливается, и из него выделяются различные смолы, кислоты и другие продукты сухой перегонки.

Зона горения расположена в поясе фурм. Обугленное топливо здесь в основном сгорает, образуя СО2 и СО. Температура в зоне – 1100—1300 °С и более.

Зона восстановления находится между зоной горения и колосниковой решеткой. В этой зоне СО2 проходит через раскаленный уголь и соединяется с частицами углерода, образуя его окись.

Топливо в шахту загружается сверху, а снизу подается воздух. На колосниковой решетке расположен слой топлива. Состав генераторных газов может быть изменен в зависимости от того, в каком виде подается в газогенератор кислород. При подаче в газогенератор одного воздушного потока получается воздушный газ, теплота горения которого в зависимости от перерабатываемого топлива колеблется от 3,8 до 4,5 МДж/м3 (900—1080 ккал/м3). При обдувании и обогащении кислородом получают так называемый парокислородный газ (содержащий меньшее количество азота, чем воздушный газ), его теплота горения может быть доведена до 5—8,8 МДж/м3 (1200—2100 ккал/м3). Если газогенератор работает на воздухе с умеренной добавкой к нему водяных паров, получается смешанный газ. Теплота сгорания такого газа (в зависимости от исходного топлива) колеблется от 5 до 6,7 МДж/м3 (1200—1600 ккал/м3). При подаче в раскаленный слой топлива газогенератора водяного пара получают водяной газ с теплотой сгорания от 10 до 13,4 МДж/м3 (2400—3200 ккал/м3).

В активной камере образуется генераторный газ – смесь газов: угарный газ – СО, метан – СН4, водород – Н2, спирты – СН3ОН, С2Н5ОН, и др. В охладителях-фильтрах газ охлаждается до температуры, близкой к наружной среде, и очищается от ненужных взвешенных частиц: золы, пыли, муравьиной и уксусной кислот.

В зависимости от вида перерабатываемого твердого топлива различают типы газогенераторов: для тощего (легкого) топлива – с незначительным выходом летучих веществ (кокс, антрацит, тощие угли); для битуминозного топлива – со значительным выходом летучих веществ (газовые и бурые угли); для древесного и торфяного топлива; для отбросов минерального топлива (коксовой и угольной мелочи, остатков обогатительных производств). Различают газогенераторы с жидким и твердым шлакоудалением. Древесина и торф газифицируются в газогенераторах большого внутреннего объема, потому что перерабатываемое топливо имеет незначительную плотность. Битуминозное топливо обычно газифицируется в газогенераторах с вращающимся водяным поддоном. Мелкое топливо перерабатывается в газогенераторах с высоким давлением в кипящем слое или во взвешенном состоянии. По назначению газогенераторы можно разделить на стационарные и транспортные. По месту подвода воздуха и отбора газа газогенераторы бывают прямого, обращенного и горизонтального процесса. В газогенераторах прямого процесса движение образующихся газов и носителя кислорода происходит снизу вверх. В газогенераторах с обращенным процессом, наоборот, носитель кислорода и образующийся газ движутся сверху вниз, и средняя часть таких газогенераторов снабжается фурмами, через которые вводится дутье. Так как отсасывание образовавшихся газов производится снизу газогенератора, то зона горения (окислительная) находится сразу же под фурмами, ниже этой зоны следует зона восстановления, над зоной горения располагается зона разложения топлива, происходящего за счет тепла раскаленного горящего кокса зоны. В газогенераторах с горизонтальным процессом носитель кислорода и образующийся газ движутся в горизонтальном направлении. При эксплуатации газогенераторов соблюдается режим давления и температуры. Величина зависит от перерабатываемого топлива, назначения процесса газификации и конструкции газогенератора. Бурное развитие газовой промышленности в России привело к почти полной замене генераторных газов природными и попутными, так как себестоимость последних значительно ниже. В зарубежных странах, где мало природного газа, газогенераторы широко применяются в различных отраслях промышленности (в Германии, Великобритании).

В настоящее время существует множество разновидностей газогенераторов: ракетного двигателя, автомобильный, для электростанций.

Газогенератор жидкостного ракетного двигателя – агрегат, в котором за счет сгорания или разложения (термического, каталитического и др.) топлива или его компонентов вырабатывается горячий газ (температура 200—900 °С). Он служит рабочим телом для привода турбонасосного агрегата, наддува топливных баков, работы системы управления и др. В газогенераторе чаще всего совместно используются компоненты основного топлива при значениях коэффициента избытка окислительных элементов, отличных от единицы. Иногда в газогенераторах разлагается один из компонентов основного топлива (окислитель или горючее), например несимметричный диметилгидразин. Иногда применяется и вспомогательное ракетное топливо. В зависимости от состава вырабатываемого газа различают восстановительный или окислительный газогенератор. Основные элементы у таких газогенераторов – смесительная головка и корпус.

Автомобильный газогенератор – двигатель автомобиля, который работает на газе, получаемом из твердого топлива в газогенераторе, смонтированном на его шасси. В СССР работы по созданию автомобильного газогенератора были начаты в 1923 г. Серийный выпуск автомобильного газогенератора (ЗИС-13) был освоен в 1938 г. В качестве топлива используются древесные чурки (преимущественно твердых пород, влажностью 20—25%) либо бурый уголь. Также возможно применение древесного угля, торфа, полукокса, антрацита и др. Автомобильный газогенератор предназначен для эксплуатации в районах, отдаленных от мест производства жидкого топлива. Широко применялся во время Великой Отечественной войны 1941—1945 гг., когда ощущался острый недостаток жидкого топлива для нужд автомобильного транспорта. Газогенераторная установка автомобиля состоит из газогенератора, очистительно-охладительного и газосмесительных устройств. Работая на генераторном газе, двигатель развивает значительно меньшую мощность, чем при работе на бензине, это происходит из-за меньшей теплоты сгорания газовоздушной смеси по сравнению с бензовоздушной. Но такие потери мощности могут быть частично компенсированы повышением степени сжатия двигателя (в связи с меньшей склонностью генераторного газа к детонации). Улучшение динамических качеств автомобиля может быть получено изменением передаточного отношения главной передачи. Большая масса газогенераторной установки (примерно 350 кг) снижает ее полезную грузоподъемность.

Например, автомобильный газогенератор на базе автомобиля ЗИЛ-164 (грузоподъемность – 3500 кг, мощность двигателя – 47 кВт) расходует на 100 км пробега 100—140 кг березовых чурок влажностью 25%.

Газодизель

Газодизель – газовый двигатель внутреннего сгорания, относящийся к типу дизелей, в котором воспламенение смеси воздуха и газа происходит при участии запального топлива.

В рабочем цикле четырехтактного газодизеля различают:

  1) процесс впуска, в это время происходит перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, а затем вновь в крайнее верхнее положение, впускной клапан закрывается, а горючая смесь, представленная газом, поступает в цилиндр;

  2) процесс сжатия, этот процесс протекает с момента закрытия впускного клапана и до момента, когда топливо оказывается в камере сгорания;

  3) процесс сгорания, данный процесс в газодизеле обусловлен поступлением в цилиндр жидкого топлива, получившего название запального;

  4) процесс расширения, во время этого этапа работы газодизеля происходит преобразование энергии расширяющихся газов в тепловую энергию, за счет чего стенки цилиндра нагреваются;

  5) процесс выпуска, при открытом выпускном клапане происходит освобождение цилиндра от отработавших газов.

Применение газодизеля осуществляется главным образом на газоперекачивающих станциях.

Газотурбинный двигатель (ГТД)

Газотурбинный двигатель – разновидность теплового двигателя, в котором происходят сжатие газа и повышение его температуры, в результате чего энергия газа переходит в механическую энергию.

Рабочий процесс газотурбинного двигателя может осуществляться в двух вариантах: с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объеме.

Идею создания газотурбинного двигателя с газогенератором, поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной впервые предложил в 1791 г. английский изобретатель Дж. Барбер. Через 100 лет русский инженер П. Д. Кузьминский в 1892 г. разработал проект, а в 1900 г. построил газотурбинный двигатель, он был предназначен для небольшого катера. В этом газотурбинном двигателе была применена газовая турбина с большим количеством ступеней (многоступенчатая). Из-за смерти Кузьминского испытания не были доведены до логического завершения. Немецкий инженер Ф. Штольце пытался создать газотурбинный двигатель в период с 1900 по 1904 г. Но его попытки не увенчались успехом. В 1906 г. французские инженеры Р. Арманго и Ш. Лемаль построили газотурбинный двигатель, который работал на керосине, топливо сгорало при постоянном давлении. Но из-за низкого КПД он не получил промышленного применения. Русский инженер В. В. Караводин в 1906 г. спроектировал, а в 1908 г. построил бескомпрессорный 4-камерный газотурбинный двигатель прерывистого сгорания, который при 10 000 об/мин развивал мощность 1,2 кВт (1,6 л. с.). По проекту немецкого инженера Х. Хольцварта в 1908 г. был построен газотурбинный двигатель прерывистого горения. К 1909 г. КПД газотурбинных двигателей с прерывистым горением составлял 24%. Несмотря на этот факт, они не нашли широкого промышленного применения. В России в 1909 г. инженер Н. В. Герасимов получил патент на газотурбинный двигатель. Он был использован им для создания реактивной тяги (турбореактивный газотурбинный двигатель).

Позже, в 1913 г., М. Н. Никольский спроектировал газотурбинный двигатель мощностью 120 кВт (160 л. с.), у которого было три ступени газовой турбины.

В 1923 г. В. И. Базаров предложил схему газотурбинного двигателя, которая максимально близка к схемам современных турбовинтовых двигателей.

В 1930 г. инженеры В. В. Уваров и Н. Р. Брилинг спроектировали, а в 1936 г. построили газотурбинный двигатель с центробежным компрессором. В 1930-е гг. очень большой вклад в создание авиационных газотурбинных двигателей внесли советский конструктор А. М. Люлька (в дальнейшем академик АН СССР), немецкий инженер Л. Франц, английский изобретатель Ф. Уиттл и многие другие. Словацким ученым А. Стодола в 1939 г. в Швейцарии был построен и испытан газотурбинный двигатель мощностью 4000 кВт (5400 л. с.). В 1939 г. в Харьковской лаборатории, руководимой В. М. Маковским, изготовлен газотурбинный двигатель мощностью 736 кВт (1000 л. с.). В качестве топлива использовался газ, который получался при подземной газификации угля. Испытания этого газотурбинного двигателя в Горловке были прерваны Великой Отечественной войной. Огромный вклад в развитие и совершенствование газотурбинных двигателей внесли советские конструкторы и ученые: А. Г. Ивченко, В. Я. Климов, Н. Д. Кузнецов, И. И. Кулагин, Т. М. Мелькумов, А. А. Микулин, Б. С. Стечкин, С. К. Туманский, Я. И. Шнеэ, Л. А. Шубенко-Шубин и многие другие. За рубежом в 1940-е гг. над созданием газотурбинных двигателей работали фирмы «Юнкерс», «БМВ» (Германия), «Бристол Сидли», «Роллс-Ройс» (Великобритания), «Дженерал электрик» и «Дженерал моторс» (США), «Рато» (Франция) и др.

Широкое промышленное применение получили газотурбинные двигатели с непрерывным сгоранием топлива с постоянным давлением. В таком газотурбинном двигателе сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо. Сгорая, топливо нагревает воздух, после чего в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу. Большая часть энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передается на приводимый агрегат. Работа, которая потребляется этим агрегатом, является полезной работой газотурбинного двигателя.

Полезная работа Le, отнесенная к 1 кг рабочего тела, будет равна разности между работой Lt, развиваемой турбиной при расширении в ней газа, и работой Lk, которая расходуется компрессором на сжатие в нем воздуха. Рабочий цикл газотурбинного двигателя может быть представлен графически в PV-диаграмме, где Р – давление, V – объем. Экономичность газотурбинного двигателя характеризуется его эффективным КПД. Он представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, затраченного на создание этой работы. В современных газотурбинных двигателях КПД компрессоров и турбин соответственно составляет 0,88—0,9 и 0,9—0,92. Температура газа перед турбиной в стационарных и транспортных газотурбинных двигателях составляет 1100—1200 К, а в авиационных достигает 1600 К. При достижении таких температур требуется изготовление деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных материалов и применение охлаждения его элементов.

При температуре газов 1000 К и достигнутом совершенстве проточной части КПД двигателя, который работает по простейшей схеме, не превышает 25%. Чтобы повысить КПД, тепло, содержащееся в выходящем из турбины газе, используется в рабочем цикле газотурбинного двигателя для подогрева сжатого воздуха, который поступает в камеру сгорания. В регенеративных теплообменниках происходит теплообмен между отходящими газами и сжатым воздухом, поступающим в камеру сгорания. Рабочий процесс такого газотурбинного двигателя, в котором утилизируется тепло выходящих из турбины газов, называется регенеративным. Подогрев газа в процессе его расширения в турбине совместно с использованием тепла выходящих газов и охлаждение воздуха в процессе его сжатия в компрессоре также способствуют повышению КПД. При этом полезная работа возрастает благодаря увеличению работы Lm, развиваемой турбиной, и уменьшению работы Lk, потребляемой компрессором. Такая схема газотурбинного двигателя в 1930-е гг. была предложена советским ученым Г. И. Зотиковым. Турбина низкого давления и компрессор находятся на одном валу, который, в свою очередь, не связан с валом привода (например, генератора, гребного винта). Частота их вращения может изменяться и зависит от режима работы. Это существенно улучшает экономичность газотурбинных двигателей при частичных нагрузках.

Газотурбинные двигатели могут работать на различных видах топлива: на газообразном (природном газе, попутных и побочных горючих газах, газогенераторных газах, газах доменных и сажевых печей и подземной газификации); на жидком (керосине, газойле, дизельном топливе, мазуте); твердом топливе (угольной и торфяной пыли). Тяжелые жидкие и твердые топлива нашли свое применение в газотурбинных двигателях, работающих по полузамкнутому и замкнутому циклу. В газотурбинных двигателях с замкнутым циклом рабочее тело после совершения работы в турбине не выбрасывается в окружающую среду, а участвует в последующем цикле. В таких газотурбинных двигателях увеличивается единичная мощность, что дает возможность использовать в них ядерное топливо. Газотурбинные двигатели нашли широкое применение в авиации (см. «Авиационный двигатель»). Они устанавливаются в качестве основных двигателей силовых установок самолетов, вертолетов, беспилотных летательных аппаратов и т. п. Газотурбинные двигатели очень широко используют на тепловых электростанциях в качестве привода электрогенераторов. Также они используются в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, автобусов, легковых и грузовых автомобилей, гусеничных тракторов, танков; как силовые установки кораблей, катеров, подводных лодок и для привода вспомогательных машин и механизмов (лебедок, насосов и др.); на объектах военной техники в качестве энергетических и тяговых силовых установок. Зачастую они встречаются на передвижных электростанциях (энергопоездах), для привода компрессоров (воздушных и газовых) с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии в нефтяной, газовой, металлургической и химической промышленности. И, несмотря на столь широкое применение газотурбинного двигателя, область его применения постоянно расширяется. По статистическим данным, в 1956 г. мощность газотурбинных двигателей во всем мире составила 900 МВт, к 1958 г. она превысила 2000 МВт, а к началу 1968 г. достигла 40 000 МВт (без авиации и военной техники).

Развитие газотурбинных двигателей идет по пути совершенствования конструктивных элементов, таких как компрессор, турбина, камера сгорания, теплообменники и др. Также ведутся разработки по повышению температуры и давления газа перед турбиной, применению комбинированных силовых установок с паровыми турбинами и свободнопоршневыми генераторами газа. Данные при эксплуатации таких установок в стационарной энергетике и на транспорте показали, что при утилизации тепла отходящих газов и высоком совершенстве основных элементов их эффективный КПД (в среднем) достигает 42—45%, а иногда и выше.

Газотрубный котел

Газотрубный котел – паровой котел, в котором по стальным трубам проходят газообразные продукты сгорания топлива, а вода циркулирует в межтрубном пространстве. Газотрубный котел является одним из двух основных видов котлов, отличительной особенностью которого является то, что дымовые газы находятся внутри трубы, а вода расположена снаружи трубы.

В зависимости от характера движения воды существуют:

  1) газотрубные котлы с естественной циркуляцией;

  2) газотрубные котлы с принудительной прямоточной циркуляцией;

  3) газотрубные котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Одним из изобретателей котлов считается французский физик Дени Папен. Первые котлы имели вид цилиндра диаметром порядка 75—120 см, принцип их действия основывался на том, что при прохождении продуктов сгорания топлива через трубы, омываемые водой, образовывался пар, энергия которого впоследствии преобразовывалась в механическую энергию. После того как начался массовый промышленный выпуск котлов в целях судостроения, была произведена модификация вышеописанной конструкции и создан горизонтальный газотрубный котел, представлявший собой топку, образование пара в которой осуществлялось путем охлаждения ее водой, причем диаметр топки был почти в 2 раза меньше диаметра котла. Отцом-создателем данной конструкции явился Оливер Эванс. Нужно сказать, что изобретение Эванса изначально имело репутацию не самой надежной конструкции. Причиной этого является то, что во время одного из испытаний котла Эванса судно, на котором был установлен данный котел, затонуло. Это происшествие обошлось без жертв, более того, позже было установлено, что крушение судна никоим образом не связано с изобретением Эванса, котел работал исправно. Причиной же кораблекрушения явилась пробоина, в результате чего вода стала поступать в трюм. Но, несмотря на представленные доказательства, репутация Оливера Эванса и его изобретения сильно пострадала. Ровно через 5 лет после изобретения Оливера Эванса, в 1791 г., Натан Рид сконструировал газотрубный котел, который и по сей день является стандартом. Принципиальной особенностью новой конструкции стало то, что не менее половины от объема котла отводилось под пространство для образующегося пара, это значительно снижало риск перегрузки котла.

Гелиоконцентратор

Гелиоконцентратор (гелио от греч. helios – «солнце» и лат. con – «с, вместе, в», centrum – «центр», «средоточие») – устройство для повышения в сотни раз плотности энергии солнечной радиации. Самая основная конструкторская часть гелиоконцентратора – одно или несколько зеркал или линз, которые собирают (фокусируют) солнечные лучи. Подобные устройства для концентрации солнечных лучей известны давно (например, зажигательные устройства древнегреческого математика и механика Архимеда, французских ученых Т. П. Бюффона, А. Л. Лавуазье). В своем научном труде «Об оптике» М. В. Ломоносов описывает разработанную им оригинальную оптическую систему, составленную из плоских зеркал и собирательных линз. Первым исследователем, осуществившим превращение энергии солнечного излучения в механическую энергию, был Огюст Мушу. В 1861 г. исследователь получил патент на создание двигателя, функционирующего благодаря энергии солнечного излучения. Запуск первого такого двигателя пришелся на 1865 г. Работу по созданию аппарата, работающего на солнечной энергии, вели и другие испытатели. Стоит упомянуть конструкции Джона Эрикссона, Шарля Тейе, Вильяма Адамса. В СССР первый крупный гелиоконцентратор был выполнен в 1946 г. (в Ташкенте) в виде параболоида диаметром 10 м. В дальнейшем подобные параболоидные гелиоконцентраторы были сооружены в других странах: Франции, США и Японии. Так, во Франции в 1968 г. начала действовать наиболее крупная солнечная печь с параболоидным гелиоконцентратором диаметром 54 м. Самый крупный гелиоконцентратор составного типа с площадью зеркала 20 000 м2 был спроектирован в СССР для солнечной теплосиловой станции СТС. Основные элементы гелиоконцентратора: жесткая несущая конструкция и зеркальная или линзовая часть. С 1960-х гг. развивается новое направление по изготовлению полужестких и надувных гелиоконцентраторов из различных полимерных, прозрачных и металлизированных тонких пленок. Геометрическая форма отражательной поверхности и схема гелиоконцентратора могут быть самыми различными:

  1) параболоидная (параболоцилиндрическая, цилиндрическая);

  2) коническая;

  3) тороидальная;

  4) составленная из отдельных плоских зеркал;

  5) зеркально-линзовая;

  6) в виде плоских зеркал, которые следят за солнцем, и неподвижного параболоидного концентратора (подвижные плоские зеркала обычно называют гелиостатами, или ориентаторами, они предназначены для направления солнечных лучей на неподвижный гелиоконцентратор).

По характеру поверхностей гелиоконцентраторы можно разделить на фацетные с прерывистой поверхностью зеркала и гладкие с непрерывной поверхностью зеркала. Сложные составные гелиоконцентраторы представляют собой систему подвижных или неподвижных, плоских или искривленных зеркал и линз. Максимальная плотность энергии, достигнутая на высокоточных параболоидных гелиоконцентраторах, равна 35—103 кВт/м2, что составляет немного менее половины плотности лучистой энергии на поверхности Солнца (74—103 кВт/м2).

Используется в гелиоустановках.

Гелиоустановка

Гелиоустановка – аппарат, осуществляющий превращение энергии солнечной радиации в электрическую, тепловую и другие виды энергии.

Первым исследователем, осуществившим превращение энергии солнечного излучения в механическую энергию, был Огюст Мушу. В 1861 г. им был получен патент на создание двигателя, функционирующего благодаря энергии солнечного излучения. Первый такой двигатель был запущен в 1865 г., а усовершенствование этой конструкции продолжалось вплоть до 1880 г. Работу по созданию аппарата, работающего на солнечной энергии, вели и другие испытатели. Стоит упомянуть конструкции Джона Эрикссона, Шарля Тейе, Вильяма Адамса. В 1901 г. в США была построена первая гелиоустановка, работавшая в промышленных масштабах и приносившая правительству реальную прибыль. Использовалась эта установка для добычи воды и орошения почвы.

Большой вклад в становление теории использования энергии солнечного излучения уже во второй половине XX в. внесли советские ученые И. С. Шкловский, В. В. Железняков, В. Л. Гинзбург и др. Благодаря работам Шкловского были получены данные о двух типах солнечного излучения: излучении Солнца в состоянии покоя и излучении, связанном с плазменными колебаниями. Эти данные имели большое значение, так как характер солнечного излучения оказывает прямое влияние на количество энергии, поступающее на Землю.

Гетерогенный реактор

Гетерогенный реактор – одна из разновидностей ядерного реактора, в котором ядерное топливо используется в виде блоков и конструктивно отделено от других элементов (располагается среди замедлителя и составляет правильную решетку материалов активной зоны). Главный признак гетерогенности реактора – наличие тепловыделяющих элементов (сборок, кассет, рабочих каналов). Тепловыделяющие элементы имеют самую разнообразную конструктивную форму (стержень круглого, крестообразного или кольцевого сечения, пластина и др.). Но в любом случае в гетерогенном реакторе существует четкая граница между ядерным горючим, замедлителем и теплоносителем. Подавляющее большинство современных практически выполненных ядерных реакторов всевозможных типов, видов и назначений – гетерогенные. Столь широкое распространение гетерогенных реакторов обусловлено их несравнимо большими конструктивными и технологическими преимуществами по сравнению с гомогенными реакторами.

Гидравлическаятурбина

Гидравлическая турбина – водяная турбина, ротационный двигатель, преобразующий механическую энергию потока воды (ее энергию положения, давления и скоростную) в энергию вращающегося вала. Главным образом применяется на гидроэлектростанциях для привода электрических генераторов. Диаметр рабочего колеса может достигать 10 м, мощность – 600 МВт и более, расчетный напор до 1700 м. По принципу действия гидравлические турбины делятся на активные и реактивные. Рабочее колесо является основным рабочим органом гидравлической турбины, в котором происходит преобразование энергии. В активных гидравлических турбинах вода подводится к рабочему колесу через сопла, а в реактивных – через направляющий аппарат. В активных гидравлических турбинах вода перед рабочим колесом и за ним имеет давление, равное атмосферному. В реактивной гидравлической турбине давление воды перед рабочим колесом больше атмосферного, а за ним может быть как больше, так и меньше атмосферного давления.

Изобретение первой реактивной гидравлической турбины принадлежит французскому инженеру Б. Фурнерону, который сконструировал ее в 1827 г. Гидравлическая турбина имела на рабочем колесе мощность 6 л. с. В 1855 г. американский инженер Дж. Френсис изобрел радиально-осевое рабочее колесо гидравлической турбины с неповоротными лопастями. В 1887 г. немецкий инженер Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками (см. «Радиально-осевая гидротурбина»). В 1889 г. американский инженер А. Пелтон запатентовал активную ковшовую гидротурбину. Позже, в 1920 г. австрийский инженер В. Каштан получает патент на поворотно-лопастную гидротурбину. Поворотно-лопастные, радиально-осевые и ковшовые гидравлические турбины широко применяются для выработки электрической энергии.

Для расчета профиля лопасти рабочего колеса гидравлической турбины, вращающегося с постоянной угловой скоростью, используются сложные уравнения. В современных гидравлических турбинах полный КПД (отношение полезной мощности, отдаваемой турбинным валом, к мощности пропускаемой через гидравлическую турбину воды) равен 0,85—0,92; при благоприятных условиях работы лучших образцов он достигает 0,94—0,95. Геометрические размеры гидравлической турбины характеризуются номинальным диаметром Д рабочего колеса. Гидравлические турбины разных размеров образуют турбинную серию, если обладают однотипными рабочими колесами и геометрически подобными элементами проточной части. Каждую турбинную серию характеризует коэффициент быстроходности, который численно равен частоте вращения вала гидравлической турбины, развивающей при напоре 1 м мощность 0,7355 кВт (1 л. с.). Чем больше этот коэффициент, тем больше частота вращения вала при определенном, заданном напоре и мощности. Гидравлическая турбина и электрический генератор обходятся дешевле при увеличении частоты их вращения. В связи с этим стремятся строить гидравлические турбины с возможно большим коэффициентом быстроходности. Однако в реактивных гидравлических турбинах этому сильно препятствует явление кавитации, которое вызывает сначала вибрацию агрегата, как следствие – снижение КПД и дальнейшее разрушение материала гидравлической турбины.

Существуют графики, выражающие зависимости величин, которые характеризуют гидравлические турбины, называемые турбинными характеристиками. Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть которой геометрически идентична натурной.

По способу регулирования мощности реактивные гидравлические турбины бывают одинарного и двойного регулирования. Гидравлические турбины одинарного регулирования содержат направляющий аппарат с поворотными лопатками. Через этот направляющий аппарат вода подводится к рабочему колесу (регулирование производится изменением угла поворота лопаток направляющего аппарата). У лопастно-регулируемых турбин лопасти рабочего колеса могут поворачиваться вокруг своих осей (регулирование в таких гидравлических турбинах производится изменением угла поворота лопастей рабочего колеса). Гидравлические турбины двойного регулирования имеют направляющий аппарат с поворотными лопатками и рабочее колесо с поворотными лопастями. Поворотно-лопастные гидравлические турбины могут быть в различном исполнении: осевыми и диагональными. Разновидностью осевых являются двухперовые, в них на каждом фланце размещаются по две лопасти вместо одной. Радиально-осевые гидравлические турбины одиночного регулирования применяют на большие напоры (до 500—600 м). Как правило, их делят на парциальные и непарциальные. В непарциальных турбинах вода подводится одной кольцевой струей, поэтому одновременно работают все лопасти рабочего колеса. В парциальных вода к рабочему колесу подводится в виде струй через одно или несколько сопел, поэтому одновременно работают одна или несколько лопастей рабочего колеса. В активных гидравлических турбинах отсасывающие трубы и спиральные камеры отсутствуют. В качестве регулятора расхода выступают сопловые устройства с иглами, перемещающимися внутри сопел и изменяющими площадь выходного сечения. Крупные гидравлические турбины оборудованы автоматическими регуляторами скорости.

Гидравлические турбины делятся по расположению вала рабочего колеса на вертикальные, горизонтальные и наклонные. Конструкционное сочетание гидравлической турбины с гидрогенератором называется гидроагрегатом. Горизонтальные гидроагрегаты с поворотно-лопастными или пропеллерными гидравлическими турбинами часто выполняются в виде капсульного гидроагрегата. Широкое распространение получили обратимые гидроагрегаты для гидроаккумулирующих и приливных электростанций. Они состоят из насоса-турбины (гидромашины, способной работать как в насосном, так и в турбинном режимах) и двигателя-генератора (электромашины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах). В обратимых гидроагрегатах используются только реактивные гидравлические турбины. Для приливных электростанций используются гидроагрегаты капсульного типа.

Основными тенденциями в развитии гидравлических турбин являются: увеличение единичной мощности, улучшение качества, продвижение каждого типа в область повышенных напоров, совершенствование созданных и разработка и создание новых типов, повышение надежности и долговечности оборудования.

Гидравлический двигатель

Гидравлический двигатель – машина, служащая для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию ведомого звена (вала, штока, возвратно-поступательно движущегося поршня). Различают гидравлические двигатели по принципу действия. В первом случае ведомое звено перемещается вследствие изменения момента количества движения потока жидкости (гидротурбина, водяное колесо). Объемные гидравлические двигатели действуют от гидростатического напора в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей (под вытеснителем понимается рабочий орган, непосредственно совершающий работу в результате действия на него давления жидкости, выполненный в виде поршня, пластины, зуба шестерни и т. п.). В гидравлическом двигателе первого типа ведомое звено совершает только вращательное движение. В объемных гидравлических двигателях ведомое звено может совершать различные движения – как ограниченное возвратнопоступательное или возвратно-поворотное движение (гидроцилиндры), так и неограниченное вращательное движение (гидромоторы). Гидроцилиндры подразделяются на силовые и моментные. В моментном гидроцилиндре (также он называется квадрантом) вал совершает возвратно-поворотное движение относительно корпуса на угол, меньший 360°. В силовом гидроцилиндре шток, связанный с поршнем, совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение относительно цилиндра. Гидромоторы, в свою очередь, тоже разделяются на поршневые (в которых рабочие камеры неподвижны, а вытеснители совершают только возвратно-поступательные движения) и роторные.

В роторных гидромоторах рабочие камеры имеют возможность перемещаться, а вытеснители совершают вращательное движение, которое может сочетаться с возвратно-поступательным (кулисные гидромоторы). Кулисные гидромоторы в зависимости от формы вытеснителей подразделяют на пластинчатые и роторно-поршневые (радиальные и аксиальные). Наиболее распространены аксиальные роторно-поршневые гидромоторы.

Давление рабочей жидкости в них на поршень создает на наклонной шайбе реактивное усилие, приводящее во вращение вал. Объемные гидравлические двигатели применяют в гидроприводе машин. Давление рабочей жидкости достигает 35 Мн/мг (350 кгс/см2). Гидромоторы изготовляют мощностью до 3000 кВт. Многие гидравлические двигатели могут работать и как насосы.

Горелка

Горелка – устройство, с помощью которого осуществляются образование смесей газообразного, пылевидного или жидкого топлива с воздухом или кислородом и подача их к месту сжигания. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в печь или топку, смешения потока до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела. В данном случае под стабилизацией понимается создание условий, обеспечивающих надежное горение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем создания такого аэродинамического режима, при котором образующиеся при сгорании раскаленные продукты непрерывно подмешиваются к свежей топливовоздушной смеси, обеспечивая ее зажигание. По принципу смесеобразования газовые горелки можно разделить на две большие группы: инжекционные и смесительные. К первой относятся, в частности, горелки бытовых газовых плит. Газ с избыточным давлением в несколько килопаскалей, вытекая из сопла в смеситель, выполненный в форме эжектора, подсасывает в него нужное количество воздуха из окружающей среды и смешивается с ним. Количество инжектируемого воздуха примерно пропорционально расходу эжектирующего газа, поэтому при изменении тепловой мощности горелки (путем увеличения или уменьшения расхода газа с помощью вентиля или крана) соотношение газ – воздух, т. е. коэффициент избытка воздуха, остается приблизительно постоянным. Для его изменения при настройке горелки на линии подвода воздуха устанавливают заслонку или шайбу регулируемого сопротивления.

Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для подачи воздуха, но нуждаются в большом давлении газа. В крупных печах, особенно в котельных топках, чаще используются двухпроводные смесительные горелки, в которых газ и воздух подводятся под давлением и частично или полностью смешиваются в самой горелке или на выходе из нее. Интенсивное смешение можно организовать на небольшой длине, а ухудшая его, т. е. приближая горение к диффузионному, можно увеличить при необходимости длину факела. Стабилизация горения осуществляется обычно путем закручивания большей части подаваемого на горение воздуха (так называемого вторичного), создающего мощную циркуляцию к устью горелки раскаленных продуктов сгорания, поджигающих вытекающую из горелки газовоздушную смесь.

Ниже описан принцип работы горелки, широко используемой в крупных паровых котлах Таганрогского котельного завода. Из кольцевого газового коллектора газ со скоростью более 100 м/с подается через радиальные отверстия в воздушный поток. Основное количество воздуха (вторичный воздух) подводится через лопаточный завихритель (регистр), закручивающий поток для создания вихря на выходе из горелки и улучшения смешения. Часть воздуха (первичный воздух) проходит, минуя регистр, через регулирующий шибер, изменяющий длину факела. Скорость выхода газовоздушной смеси из горелки в топку составляет около 30 м/с. Данная горелка рассчитана на сжигание не только газообразного, но и жидкого топлива (мазута). Для этого в ней предусмотрена возможность установки мазутной форсунки. Оба топлива могут сжигаться совместно или раздельно. Газомазутные горелки современных паровых котлов имеют высокие производительности – до 3,1 м3/с по газу и 2,8 кг/с по мазуту. Газовые и газомазутные горелки устанавливают на стенах, потолке или поде камерной топки, представляющей собой камеру, форма которой определяется ее назначением. Предварительно подготовленная газовоздушная смесь сгорает очень интенсивно.

В ряде технологических процессов образуются горючие газы, содержащие к тому же вредные вещества, которые нельзя выбрасывать в атмосферу. Эти отходы можно разделить на две группы. В первую входят газы, нормальная скорость горения которых превышает 10—15 см/с, а теплота сгорания QHC > = 3 МДж/м3 (коксовый и доменный газы, газы ферросплавных печей и конвертеров, отбросные сероводородные газы нефтепереработки и т. д.). Эти газы сжигают так же, как и природный, однако при низких значениях QHC желательно предварительно подогревать воздух, а иногда и сам газ (например, доменный) и использовать специальные горелки.

Газы, у которых QHC < 3 МДж/м3 (отходящий газ сажевых заводов, большинство ваграночных газов, вентиляционные выбросы сушильных и других аппаратов, содержащие пары органических растворителей, например толуола, и т. д.), по существу, не являются горючими, а многие из них содержат и кислород, что делает их взрывоопасными и исключает их подогрев. В этом случае применяют огневое обезвреживание таких выбросов, сжигая их в топке вместе с природным газом. Вентиляционные выбросы, т. е. воздух, содержащий пары растворителя, часто используют просто в качестве дутьевого воздуха в топках и печах. При этом исключается загрязнение атмосферного воздуха и используется теплота сгорания выбросов.

Разновидность горелки – форсунка.

Графитоводный реактор

Графитоводный реактор – разновидность ядерного реактора, в котором в качестве теплоносителя выступает вода, а графит выполняет функцию замедлителя нейтронов.

Данный вид реактора относится к классу канальных. Активная зона графитоводяного реактора состоит из графитовых блоков, которые пронизаны металлическими каналами, в которых протекает вода в качестве теплоносителя. На внешних стенках или внутри металлических каналов размещаются тепловыделяющие элементы. Активная зона окружена герметичным кожухом. Главная особенность графитоводяного реактора – отсутствие тяжелого громоздкого корпуса. Имеется возможность создания реактора большой мощности (до 5 ГВт) за счет увеличения числа каналов. В таких реакторах возможна смена тепловыделяющих элементов, которая может производиться с помощью специального приспособления с дистанционным управлением и без остановки реактора, и без снижения его мощности (так называемая перегрузка на ходу). Специфические особенности конструкции, высокая теплопроводность воды как теплоносителя, хорошие ядерно-физические свойства графита как замедлителя обеспечивают высокие технико-экономические показатели атомных электростанций (АЭС) с графитоводяными реакторами. Как и любой другой реактор с графитовым замедлителем, графитоводяной реактор обладает малой энергонапряженностью единицы объема активной зоны. Наиболее широко графитоводяной реактор применяют в СССР. Графитоводными реакторами оборудованы первая в мире Обнинская АЭС, 1-й и 2-й энергоблоки Белоярской АЭС (Российская Федерация) и многие другие. Предпосылками к созданию ядерного реактора явились проведенная Э. Резерфордом в 1919 г. первая ядерная реакция, открытие Ф. Жолио и И. Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности.

Графитогазовый реактор

Графитогазовый реактор – разновидность ядерного реактора, в котором в качестве замедлителя нейтронов выступает графит, а теплоносителем является газ (чаще всего гелий или углекислый газ).

К основным преимуществам газа как теплоносителя можно отнести возможность нагрева до высоких и сверхвысоких температур, что позволяет повысить КПД атомной электростанции (АЭС) с графитогазовым реактором до 40% и выше; хорошие ядерно-физические свойства. Сравнительно малая энергонапряженность (количество тепла, снимаемое с единицы объема активной зоны), что объясняется в основном худшими, чем, например, у воды, замедляющими свойствами графита, является характерной особенностью графитогазовых реакторов. Этот факт и объясняет значительные размеры графитогазовых реакторов. К примеру, активная зона реактора английской АЭС «Данджнесс Б» электрической мощностью 660 МВт имеет диаметр 9,4 м и высоту 8,2 м.

Такие высокие размеры активной зоны и наличие избыточного давления газов – 4,5 Мн/м2 (45 кгс/см2) – предъявляют свои особые требования к конструкции реакторов данного типа. В цилиндрических каналах графитовой кладки расположены тепловыделяющие элементы. В прочный корпус (стальной или из предварительно напряженного железобетона), несущий давление теплоносителя, заключена активная зона реактора. Изредка основные конструктивные элементы (активная зона, парогенератор и газодувки) заключаются в единый корпус, выполненный из железобетона. Для защиты от нейтронного излучения, которой окружена активная зона, предохраняет парогенераторы и газодувки от активации, поэтому они доступны для ремонта, но только при остановленном реакторе. Для защиты от перегрева внутренняя поверхность бетонного корпуса покрывается теплоизоляцией, а также применяют специальные системы охлаждения. Графитогазовые реакторы являются основным типом реакторов в ядерной энергетике Великобритании и Франции. АЭС с такими реакторами построены также в Италии, Японии. Несомненно, изобретение Ферми, работы Курчатова и других ученых, занимавшихся проблемой ядерных реакторов, имели огромное значение для развития научной и технической отраслей, но не стоит забывать, что эти работы послужили базой для создания оружия массового поражения.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания – тепловой двигатель, в котором при сгорании топлива происходит превращение определенной части химической энергии в механическую.

Бурное развитие науки и техники в XVIII—XIX вв. диктовало необходимость создания нового источника преобразования энергии, который нашел бы применение в промышленных масштабах. Попытки создания подобного устройства были предприняты многими учеными и конструкторами. Но право первенства принадлежит Э. Ленуару, который в 1860 г. сконструировал аппарат, получивший название «двигатель внутреннего сгорания». Но этому открытию предшествуют многочисленные труды многих исследователей, каждый из которых внес свой вклад в общее дело.

В конце XVIII в. Филипп Лебон открыл светильный газ, вскоре им был получен патент на получение и применение этого газа. Это изобретение открыло новое направление в развитии осветительной техники. Лампы на основе светильного газа сразу же создали конкуренцию парафиновым свечам, которые в то время использовались в целях освещения. Интересным является тот факт, что Филипп Лебон с детства страдал фобией: он панически не переносил темноту, поэтому открытие им светильного газа можно считать подарком судьбы для самого ученого. В 1801 г. Лебоном был получен патент на моделирование и конструкцию газового двигателя. Принцип работы этого двигателя основывался на способности смеси из светильного газа и воздуха взрываться при воспламенении с выделением большого количества тепловой энергии. По замыслам Лебона, полезная работа могла осуществляться не только за счет тепловой энергии, но и благодаря энергии расширяющихся газов в процессе их горения. По своей сути двигатель Лебона являлся прототипом двигателя внутреннего сгорания, но преждевременная кончина испытателя не позволила ему довести свои замыслы до конца. После смерти Лебона на протяжении нескольких десятилетий многие естествоиспытатели предпринимали попытки создания двигателя внутреннего сгорания на основе светильного газа. Но их разработки не могли составить достойной конкуренции паровой машине. Лишь в 1860 г. Жан Этьен Ленуар, инженер из Бельгии, сконструировал аппарат, основанный на принципе воспламенения топливной смеси при помощи электрической искры. Усовершенствование данной конструкции путем включения в ее состав системы охлаждения и смазочной системы сделало двигатель внутреннего сгорания Ленуара конкурентоспособным. Вскоре после этого Ленуар прекратил работу в направлении дальнейшего совершенствования своего изобретения, одновременно с этим патент на производство и дальнейшие модификации двигателя внутреннего сгорания был получен немецким изобретателем Августом Отто. Именно Отто принадлежит идея четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, которым пользуются и по сей день. Но мир капитализма жесток, и спустя некоторое время состоялось судебное слушание, на котором ряд французских естествоиспытателей представили доказательства, свидетельствующие о том, что за несколько лет до изобретения Отто подобный принцип функционирования двигателя внутреннего сгорания был описан Бо де Рошем. Существует несколько точек зрения на данное историческое событие. С одной стороны, имеется мнение, что судья, от чьего решения зависел исход данной тяжбы, был заинтересованным лицом.

Согласно другому мнению, все изложенные факты были подлинными, и решение судьи было вполне справедливым.

Но, так или иначе, представители Франции выиграли эту судебную тяжбу, и Отто пришлось отказаться от монопольного права выпуска четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Это событие имело огромное значение для дальнейшего развития научно-технического прогресса, так как теперь право производить и продавать новый вид двигателей принадлежало не одной стране, а следовательно, исключалось монопольное господство той или иной державы на мировом рынке.

Классификация двигателей внутреннего сгорания основывается на нескольких принципах.

  1. По виду используемого топлива существуют:

  1) газовые;

  2) жидкостные двигатели внутреннего сгорания.

  2. По характеру рабочего цикла имеют место:

  1) двухтактные двигатели, т. е. рабочий цикл совершается за два хода поршня, или один оборот коленчатого вала;

  2) четырехтактные двигатели, т. е. рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, или два оборота коленчатого вала;

  3) двигатели внутреннего сгорания непрерывного действия.

  3. В зависимости от способа преобразования энергии существуют:

  1) реактивные;

  2) турбинные;

  3) поршневые;

  4) комбинированные двигатели внутреннего сгорания.

  4. По типу смесеобразования различают двигатели внутреннего сгорания с:

  1) внутренним;

  2) внешним смесеобразованием. Принцип действия двигателей внутреннего сгорания удобнее всего рассмотреть на примере поршневого двигателя. Основными действующими элементами данного устройства являются кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, охладительная, смазочная системы, система зажигания и система питания. Кривошипно-шатунный механизм представлен коленчатым валом, поршнем, шатуном и цилиндром. При перемещении поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение происходит расширение нагревающихся газов, что влечет за собой увеличение их давления на поршень. Возвратно-поступательное движение поршня приводит коленчатый вал во вращательное движение. Благодаря функционированию механизма газораспределения происходит поступление в цилиндр горючей смеси и удаление из цилиндра продуктов, образующихся при сгорании данной смеси. Охладительная система необходима для поддержания оптимальной температуры, при которой происходит работа двигателя внутреннего сгорания. Смазочная система способствует уменьшению трения между соприкасающимися элементами двигателя внутреннего сгорания. Система зажигания осуществляет воспламенение горючей смеси. Система питания производит приготовление и направление горючей смеси в цилиндр. Итак, создание двигателя внутреннего сгорания стало важным событием в развитии технического прогресса.

Дизель

Дизель – поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором воспламенение топлива происходит в результате процесса сжатия.

В рабочем цикле четырехтактного дизеля различают:

  1) процесс впуска, во время которого при открытом впускном клапане происходит перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, а затем обратно в крайнее верхнее положение, далее происходит закрытие впускного клапана, при этом горючая смесь поступает в цилиндр, где она смешивается с газами, оставшимися от предыдущего цикла;

  2) процесс сжатия; сжатие воздуха в цилиндре начинается после закрытия впускного клапана, а заканчивается после поступления топлива в камеру сгорания;

  3) процесс сгорания; данный этап начинается после поступления топлива в цилиндр, но, в отличие от карбюраторного двигателя, где воспламенение топлива происходит при участии электрической искры, в дизеле воспламенение является результатом процесса сжатия;

  4) процесс расширения; данный этап наступает сразу же после процесса сгорания и характеризуется тем, что расширяющиеся газы совершают полезную работу, отдавая тепловую энергию стенкам цилиндра, завершается данный этап во время, когда начинает открываться выпускной клапан;

  5) процесс выпуска; данный этап осуществляется при открытом выпускном клапане.

Дизели нашли широкое применение. Они используются на дизельных электростанциях, грузовых автомобилях, сельскохозяйственной технике, тепловозах, судах.

Дизели относятся к наиболее экономичным тепловым двигателям. Удельный расход топлива лучших дизелей составляет около 190 г/(кВт × ч), а для большинства типов не превышает 270 г / (кВт × ч) на номинальной мощности. Такие расходы топлива соответствуют КПД 31—44% (КПД карбюраторных двигателей внутреннего сгорания обычно 25—30%).

Частота вращения вала дизеля обычно 100—3000 об/мин и лишь в отдельных случаях достигает 4000—4500 об/мин. Увеличение частоты вращения дизеля ограничивается только временем, которое необходимо для смесеобразования и сгорания топлива. В дизелях не возникает детонационного взрыва, поэтому диаметры цилиндров практически не ограничены. Так, в судовых дизелях диаметры цилиндров достигают 1 м, мощность в одном агрегате превышает 30 000 кВт (40 000 л. с.). Срок службы дизеля от 5 до 80 тыс. ч. Удельная масса на единицу мощности у дизеля от 3 до 80 кг/кВт (от 2 до 60 кг/л. с.).

Конструкции дизелей различают по камерам сгорания. За счет большого числа струй в дизелях с неразделенной камерой в процессе смесеобразования топливо равномерно распределяется по камере сгорания. В вихрекамерных дизелях поток воздуха закручивается при вытеснении его в вихревую камеру в процессе сжатия, а в этот момент топливо впрыскивается в быстро вращающийся вихрь. В вихрекамерных дизелях смесеобразование осуществляется вследствие поступления воздуха и топлива из предкамеры в основную камеру. Оно вызывается начавшимся сгоранием и повышением давления в предкамере. Пленочное смесеобразование характерно для конструкции «камера в поршне», когда топливо подается на стенку камеры, а его пары захватываются вихрем воздуха и хорошо перемешиваются.

Конструкции дизелей многообразны. На маневровых тепловозах и судах применяют V-образные 12-цилиндровые дизели с водяным охлаждением и газотурбинным наддувом. В качестве основных тепловозных двигателей используются дизели с прямоточной продувкой. Наибольших размеров достигают тихоходные судовые дизели (например, 2тактный рядный с клапанно-щелевой продувкой, имеющий диаметр цилиндра 840 мм, ход поршня 1800 мм, массу 885 т, высоту 12,1 м). Судовые дизели часто делают крейцкопфного типа (см. «Крейцкопфный двигатель»). Реже применяют W-образные и Х-образные дизели, у которых вместо 2 блоков цилиндров, как у V-образного, имеются 3 или 4 блока, а также дизели звездообразные с расположением цилиндров лучами и даже многозвездные (блоки звезд) до 42 цилиндров.

Область применения дизелей чрезвычайно обширна. Самые большие объемы применения приходятся на тракторостроение. Ежегодно возрастает применение дизелей в автомобилестроении. Около 50% локомотивов железнодорожного транспорта составляют тепловозы, локомотивы с дизелями. В речном флоте теплоходы с дизелями и дизель-электроходы практически вытеснили пароходы. Дизелями оборудуют самоходную военную технику (танки и ракетные установки). Дизели широко применяют в качестве передвижных и стационарных энергетических установок в районах, удаленных от линий электропередачи (см. «Дизельная электростанция»). Усовершенствование дизелей происходит путем повышения удельной мощности, частоты вращения, надежности и долговечности, расширения ассортимента применяемых видов топлива и получения многотопливных двигателей.

Змеевик

Змеевик – элемент теплообменного аппарата поверхностного типа; часто представляет собой трубу, изогнутую зигзагообразно или в виде спирали. Очень часто используется в паровых котлах, холодильных машинах, аппаратах для перегонки жидкостей и в других установках. В бытовых условиях часто называется «полотенцесушитель».

Теплообменные устройства представляют собой аппараты, осуществляющие обмен теплом между греющей средой и средой обогреваемой. Передача тепла от одного теплоносителя к другому является необходимым процессом во многих промышленных отраслях. Процессы, имеющие место в теплообменных устройствах, представлены различными вариантами. Это могут быть нагрев, кипение, конденсация, охлаждение, испарение, затвердевание, плавление и ряд других процессов.

Согласно современной классификации, теплообменные устройства различаются:

  1) по принципу действия:

а) поверхностные;

б) смесительные;

  2) по назначению:

а) охладители;

б) подогреватели;

в) конденсаторы;

г) испарители.

В теплообменных устройствах поверхностного типа носители тепла расположены между стенками, принимающими участие в процессе теплообмена.

Теплообменные устройства поверхностного типа могут быть:

  1) рекуперативного действия, т. е. в них теплота передается через стенку, разделяющую рабочие среды, причем эта стенка имеет поверхность охлаждения и поверхность нагрева;

  2) регенеративного действия, т. е. у них одна рабочая поверхность, которую омывают рабочие среды. В смесительных типах теплообменных устройств передача тепловой энергии осуществляется при смешении рабочих сред.

Золотник

Золотник – направляющий подвижный элемент системы управления тепловым или механическим процессом. Золотник направляет поток газа или рабочей жидкости в нужный канал посредством смещения относительно окон в поверхности, по которой он скользит. Золотники применяются в поршневых паровых машинах, где с их помощью осуществляется парораспределение; в системах регулирования паровых турбин; пневматических механизмах; системах гидроавтоматики и в других установках. Различают три типа золотников: коробчатый, цилиндрический и крановый.

Коробчатый золотник представляет собой перевернутую коробку, попеременно перемещаемую золотниковой тягой вправо и влево по золотниковому зеркалу с прямоугольными окнами. В зависимости от положения золотника окна сообщаются или с замкнутым окружающим золотником и заполненным рабочим телом, или с полостью, соединенной с атмосферой или конденсатором. Недостатком такого золотника является неуравновешенность, вследствие которой рабочее тело сильно прижимает его к зеркалу, что вызывает износ трущихся поверхностей и требует значительных усилий для передвижения золотника.

Цилиндрический золотник по принципу действия аналогичен коробчатому, но в отличие от коробчатого является полностью уравновешенным. Такой золотник обычно имеет два поршня на общем штоке, перемещающихся в снабженной окнами втулке. В системах гидравлического регулирования высокой точности цилиндрическому золотнику иногда сообщают непрерывное вращательное движение вокруг оси или колебательное вдоль оси с целью повысить чувствительность системы путем замены трения покоя трением движения.

Крановый золотник, по существу, представляет собой коробчатый золотник, но согнутый вокруг оси, которая перпендикулярна направлению его движения, и вставленный в цилиндрическую втулку с двумя окнами. Качаясь вокруг неподвижной оси, золотник сообщает или разобщает окна с камерами.

Золотником также называют воздушный невозвратный клапан автомобильной шины.

Инерционный двигатель

Инерционный двигатель – энергосиловая машина, принцип действия которой основан на использовании энергии, аккумулированной большим маховиком. Свое основное применение инерционный двигатель нашел в приводах различных машин, транспортных средств и в других устройствах. Последнее время инерционный двигатель очень часто применяется в детских игрушках.

Испаритель

Испаритель – теплообменный аппарат, предназначенный для испарения различных видов жидкостей. Испаритель в теплоэнергетике предназначен для выработки дистиллята, восполняющего потери конденсата в паросиловых установках. Как правило, вертикальный трубчатый испаритель обогревается отработавшим в турбине паром, проходящим в межтрубном пространстве. Предварительно умягченная испаряемая вода проходит внутри труб. Существуют испарители, обогреваемые дымовыми газами, уходящими из котельных агрегатов. Пар, получаемый в таких испарителях, может быть использован как для восполнения потерь конденсата, так и для теплоснабжения. Испарители с большой производительностью находят применение на расположенных у морей и океанов атомных электростанциях с целью опреснения морской воды. Испарители, установленные на морских судах, называются опреснителями. Испарители являются основными элементами холодильных установок, в которых испаряется холодильный агент, предназначенный для непосредственного (или посредством рассола) охлаждения холодильных камер.

Исследовательский реактор

Исследовательский реактор – разновидность ядерного реактора, предназначен для проведения исследовательских мероприятий в различных сферах науки и технической отрасли.

Предназначается для очень широкого круга исследований в различных областях науки и техники. Как правило, на исследовательском реакторе проводят исследования в области ядерной и нейтронной физики, физики низкоразмерных структур, физики твердого тела, ядерной и радиационной химии, материаловедения и металловедения, биологии, медицины; испытывают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) проектируемых энергетических реакторов и конструкционные материалы для построения реакторов. Исследовательский реактор используют для получения радиоактивных изотопов. Метод активационного анализа, позволяющий исследовать состав образцов всевозможных материалов без их разрушения и обнаруживать минимальные количества химических элементов, также разработан на исследовательском реакторе.

Как и другие реакторы, исследовательский реактор имеет активную зону, которая содержит делящийся материал, а реакторы на тепловых нейтронах – еще и замедлитель нейтронов (обычная или тяжелая вода, графит, бериллий). В активной зоне осуществляется отвод тепла. Активная зона окружается отражателем нейтронов. Вокруг реактора располагается биологическая защита, которая часто пронизана трубами для вывода пучков нейтронов. Для получения мощного, быстрого потока тепловых нейтронов без примеси используют устройство, называемое тепловой колонной. Колонна выполнена из хорошего замедлителя (чаще всего графита), один конец расположен непосредственно у активной зоны, а другой конец колонны выведен в помещение, доступное для проведения экспериментов. Для загрузки испытуемых материалов внутрь активной зоны предусматриваются специальные приспособления (или каналы). По спектру нейтронов в активной зоне исследовательские реакторы, как и все ядерные реакторы, делятся на реакторы на быстрых и тепловых нейтронах. Большинство исследовательских реакторов – реакторы на тепловых нейтронах, в основном гетерогенного типа, в них топливные элементы чередуются в определенном порядке с замедлителем. Исследовательские реакторы подразделяются на реакторы с низким, средним и высоким потоком нейтронов в активной зоне в общем диапазоне 1012—1015 нейтронов/(см2). Существуют импульсные исследовательские реакторы, предназначенные для кратковременного увеличения потока нейтронов до более высоких значений без увеличения средней мощности реактора и соответствующего усложнения системы теплосъема. Современный импульсный реактор на быстрых нейтронах (ИБР) позволяет получить поток нейтронов в максимуме импульса 1,3—1018 нейтронов/(см2) с мгновенной мощностью 23 МВт при средней мощности 3 кВт в момент вспышки цепной реакции. Вращающийся между топливными стержнями диск, в который запрессован кусок урана-235, служит для создания избыточной реактивности. Импульсный реактор на быстрых нейтронах предназначен для изучения нейтронной спектрометрии, физики твердых тел и жидкостей. По конструкции активной зоны различают исследовательские реакторы корпусного типа, погруженные в бассейн, канального типа. У исследовательского реактора корпусного типа активные зоны наиболее компактны, в связи с этим они обладают лучшими физическими характеристиками. Реакторы, погруженные в бассейн с водой, являются наиболее безопасными, так как все работы с радиоактивными изделиями ведутся через слой воды. Реакторы канального типа удобны для размещения и замены образцов испытуемых элементов. Но все три типа исследовательских реакторов имеют существенный недостаток. В них затруднен доступ к активной зоне или в межканальное пространство, что существенно усложняет проведение исследований. Советскими учеными был разработан четвертый вид исследовательского реактора – реактор канального типа, в котором активная зона с рабочими каналами и трубопроводами погружена в бассейн с водой. Данному типу реактора присущи достоинства исследовательского реактора канального и погружного типа. Этот тип исследовательского реактора предназначен главным образом для испытаний тепловыделяющих элементов и материалов. При мощности 20 МВт в центральной нейтронной ловушке, представляющей собой цилиндр диаметром 100 мм, заполненный водой, достигается поток тепловых нейтронов 8 × 1014 нейтронов / (см2). К 1968 г. мощность реактора увеличена до 40 МВт. Для облучения в рабочие каналы с трубчатыми тепловыделяющими элементами устанавливают образцы материалов, они охлаждаются водой под давлением. Бериллиевые блоки используются в качестве замедлителя. В реактор загружается до 25 экспериментов петлевых каналов. Для облегчения доступа к активной зоне при перегрузочных работах приводы стержней управления выполнены на передвижной тележке. Бассейн реактора соединен шлюзом с бассейном-хранилищем, где помещена γ-облучательная установка, в которой используют в качестве источника излучений отработавшие топливные сборки. Каждый исследовательский реактор используется для обширного комплекса исследований, однако опыт создания и использования исследовательского реактора в мире показывает, что целесообразнее сооружать исследовательские реакторы, специализированные в определенных областях исследований.

Камера сгорания

Камера сгорания – замкнутое пространство, предназначенное для сжигания газообразного, жидкого, твердого топлива. Камеры сгорания бывают периодического действия – для поршневых 2– и 4-тактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также непрерывного действия – для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и некоторые другие.

В поршневых двигателях внутреннего сгорания камера сгорания обычно образована внутренней поверхностью головки цилиндра и днищем поршня (см. «Дизель»). Камеры сгорания газотурбинных двигателей чаще всего встраиваются непосредственно в двигатель и могут быть кольцевыми, трубчато-кольцевыми, трубчатыми. Камеры сгорания различают по направлению потока воздуха и продуктов сгорания на прямоточные и противоточные. Противоточные камеры применяют редко из-за большого гидравлического сопротивления. Продукты сгорания в некоторых двигателях направляются из газотурбинных двигателей в газовую турбину (турбореактивные двигатели с форсажными камерами, жидкостные ракетные двигатели и некоторые другие).

Требования для всех камер сгорания непрерывного действия следующие: устойчивость процесса горения; высокая теплонапряженность; максимальная полнота сгорания; минимальные тепловые потери; надежная работа в течение установленного ресурса работы двигателя. В качестве конструкционных материалов для изготовления камер сгорания в зависимости от температуры, развиваемой в камере сгорания непрерывного действия, применяют: до 500 °C – хромоникелевые стали, до 900 °C – хромоникелевые стали с добавкой титана, выше 950 °C – специальные материалы.

Камеры сгорания обычно работают таким образом, что при длительном использовании в условиях высоких внутренних температур их КПД значительно снижается и резко возрастает уровень вредных экологических выбросов (например, CO, NO2). В Московском авиационном институте (МАИ) в настоящее время российские исследователи разрабатывают современную камеру сгорания для турбореактивных двигателей, где эта проблема стоит на первом месте и в перспективе должна быть решена. Сотни российских ученых и специалистов, половина из которых в прошлом эксперты в области ракетных технологий, создают высокотемпературную кольцевую камеру сгорания с минимальным количеством вредных выбросов. Научный коллектив применил различные методы при построении данной конструкции: комбинацию математического моделирования; теоретической оценки и экспериментального изучения камеры, способной сокращать формирование ядовитой окиси азота в процессе сгорания углеводородного топлива. Данный новый проект предполагает реорганизацию процесса сгорания, позволяющую значительно повысить КПД. Также предлагаемая камера сгорания имеет высокий запас прочности по температурам рабочих газов. Это позволит улучшить характеристики двигателя и исключает необходимость применения системы охлаждения стенок камеры. Она отличается значительно меньшим весом и полностью отвечает всем стандартам Международной организации гражданской авиации (ICAO). Российский коллектив тесно сотрудничает со своими европейскими коллегами из французской аэрокосмической корпорации Snecma (Муасси Крамайель, Франция).

Камерная топка

Камерная топка является элементом парового котла и представляет собой камеру, в которой происходит сгорание поступившего в нее топлива в потоке воздуха. В структуре камерной топки различают вертикально расположенные стены, потолочное перекрытие и воронку. На стенах, а также в углах расположены горелочные устройства, в которые поступают воздух и топливо. Как правило, камерная топка состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. Топочные экраны размещают на внутренних поверхностях камерной топки (изготовляемых из труб диаметром 32—76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также в паровых котлах устанавливается потолочный или настенный радиационный пароперегреватель. Через горелочные устройства топливо вводится в камерную топку вместе с воздухом, необходимым для горения. Горелочные устройства размещают на стенах топки, а также по ее углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла. Остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твердом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприемное устройство, заполненное водой. На больших котельных агрегатах, которые работают на пылевидном топливе, создаются также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения. Также в камерной топке различают топочные экраны (трубы, в которых происходит циркуляция воды), радиационный пароперегреватель, горелку и фестон. Условно в некоторых видах камерных топок можно выделить две основные части: камеру сгорания и камеру охлаждения.

Карбюратор

Карбюратор – прибор, в котором происходит смешение воздуха и жидкого топлива с образованием горючей смеси, необходимой для функционирования карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Научно-технический прогресс, господствовавший в странах Европы в XVIII—XIX вв., предъявлял свои требования, игнорирование которых означало приостановление развития одной из ведущих отраслей промышленности – машиностроения. Одним из таких требований стало изобретение карбюратора. Оно приписывается немецким конструкторам В. Майбаху и Г. Даймлеру в 1892 г. Кстати, за несколько лет до этого вышеупомянутые исследователи установили на велосипед двигатель, так был создан первый в мире мотоцикл. Им же приписывается создание первого четырехколесного автомобиля, имеющего карбюратор и коробку передач с четырьмя ступенями.

В карбюраторе топливо через запорный игольчатый клапан поступает в поплавковую камеру, а оттуда – в эмульсионные колодцы, где смешивается с воздухом. Полученная смесь направляется в диффузоры смесительных камер, а затем после открытия дроссельной заслонки – в цилиндр карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.

Карбюратор установлен сверху двигателя на впускном трубопроводе. Поступающий для приготовления горючей смеси в карбюратор воздух проходит предварительную очистку от пыли в воздушном фильтре. Воздушный фильтр соединен с карбюратором патрубком. Приборы подачи топлива соединены между собой металлическими трубками – топливопроводами. Вся топливопроводная система крепится к раме или кузову автомобиля. При помощи впускного трубопровода карбюратор соединен с впускными каналами головки цилиндров двигателя, а выпускные клапаны соединены с выпускным трубопроводом, последний при помощи трубы соединен с глушителем.

Карбюратор состоит из воздушного патрубка с крышкой поплавковой камеры, корпуса и двух нижних патрубков. В воздушном патрубке размещена воздушная заслонка с автоматическим клапаном, а в крышке поплавковой камеры – сетчатый фильтр и запорный клапан. Внутри корпуса карбюратора находятся поплавковая камера и две смесительные камеры с диффузорами, экономайзер с механическим приводом, ускорительный насос и жиклеры. На общей оси в нижних патрубках размещены две дроссельные заслонки, связанные с ограничителем частоты вращения коленчатого вала.

Главная дозирующая система состоит из топливного и воздушного жиклера и диффузора постоянного сечения.

Система холостого хода состоит из топливного жиклера холостого хода, воздушного жиклера, каналов и регулировочного винта.

Пусковое устройство состоит из воздушной заслонки и автоматического клапана с пружиной.

Экономайзер состоит из седла, в котором размещен клапан с пружиной, жиклера экономайзера и деталей привода: рычага, серьги, тяги, планки и истока.

Ускорительный насос состоит из колодца, поршня с пружиной, истока, планки, тяги, рычага и двух клапанов: обратного и нагнетательного. Полость под поршнем заполнена топливом, поступающим через открытый обратный клапан.

Когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе и смесительной камере создается разрежение. Из-за разности давлений в поплавковой и смесительной камерах из распылителя вытекает бензин. Одновременно через смесительную камеру проходит поток воздуха, скорость которого в суженной части диффузора (там, куда выходит конец распылителя) достигает 50—150 м/с. Бензин мелко распыляется в струе воздуха и, постепенно испаряясь, образует горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндр. Качество горючей смеси зависит от соотношения бензина и воздуха. Горючая смесь может быть нормальной (на 1 кг бензина расходуется 15 кг воздуха), бедной (на 1 кг бензина приходится более 17 кг воздуха) и богатой (на 1 кг бензина приходится менее 13 кг воздуха).

Запуск холодного двигателя обусловливается плохим смесеобразованием. Только при богатой горючей смеси может быть обеспечен надежный пуск холодного двигателя. Получение такой смеси обеспечивается прикрытием воздушной заслонки; дроссельные заслонки в это время будут приоткрыты. Создающееся большое разрежение в смесительных камерах и под дроссельными заслонками вызывает обильное истечение топлива из жиклеров главной дозирующей системы и системы холостого хода, тем самым создавая богатую смесь, необходимую и достаточную для пуска двигателя.

Работа карбюратора на холостом ходу при малой частоте вращения коленчатого вала

Дроссельные заслонки прикрываются, разрежение, создаваемое под ними, передается через отверстия в стенках смесительных камер в каналы системы холостого хода. Из поплавковой камеры через главные жиклеры топливо поступает к жиклерам холостого хода. По пути к топливу через воздушные жиклеры, потом через отверстия над дроссельными заслонками подмешивается воздух. Полученная эмульсия поступает через регулируемые отверстия под дроссельные заслонки, где, смешиваясь с основным потоком воздуха, образует обогащенную смесь.

На полных нагрузках двигателя обогащенный состав смеси получается за счет дополнительной подачи топлива экономайзером к жиклерам полной мощности. При других нагрузках клапан экономайзера закрыт.

В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала используется прерыватель-распределитель системы зажигания. Блок управления соединяется проводом с выводом карбюратора добавочного резистора. Электрические импульсы поступают в блок управления с частотой, кратной частоте вращения коленчатого вала. Система работает следующим образом. В блок управления постоянно поступают сигналы от датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика частоты вращения коленчатого вала. При работе двигателя блок управления срабатывает в режиме принудительного холостого хода (торможение двигателя, когда педаль управления дроссельными заслонками отпущена и дроссельные заслонки карбюратора полностью закрыты, температура охлаждающей жидкости более 600 °C, а частота вращения коленчатого вала более 1000 мин-1). При этих условиях блок управления включает электромагнитные клапаны, которые закрывают каналы системы холостого хода. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала до минимальной или при увеличении частоты вращения после нажатия на педаль управления дроссельными заслонками блок управления включает электромагнитные клапаны, и двигатель начинает работать в нормальном режиме.

Количество и качество горючей смеси (а следовательно, мощность и число оборотов двигателя) регулируются дроссельной заслонкой и рядом специальных приспособлений, которые предусматриваются в сложных многожиклерных карбюраторах.

Карбюраторный двигатель

Карбюраторный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, в котором приготовление горючей смеси осуществляется карбюратором.

Наибольшее применение находит четырехтактный карбюраторный двигатель, который используется в машиностроении. В четырехтактном карбюраторном двигателе различают:

  1) такт впуска, во время которого происходит первый полуоборот коленчатого вала, перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, поступление горючей смеси в цилиндр, при этом впускной клапан находится в открытом состоянии, а выпускной – в закрытом;

  2) такт сжатия, во время которого происходит второй полуоборот коленчатого вала, перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение, рабочая смесь воспламеняется и сгорает, при этом впускной и выпускной клапаны находятся в закрытом состоянии;

  3) такт расширения, во время которого происходит перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, третий полуоборот коленчатого вала, при этом имеет место открытие выпускного клапана;

  4) такт выпуска, во время которого происходит четвертый полуоборот коленчатого вала, перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение, при этом выпускной клапан находится в открытом состоянии.

Имеют место также двухтактные карбюраторные двигатели. В двухтактных карбюраторных двигателях различают:

  1) такт сжатия, во время которого происходит перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение, горючая смесь из карбюратора поступает в кривошипную камеру;

  2) такт рабочего хода, во время которого происходит воспламенение рабочей смеси, поршень перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, горючая смесь заполняет цилиндр, осуществляется продувка цилиндра от отработавших газов.

В настоящее время карбюраторные двигатели внутреннего сгорания находят широкое применение. Их устанавливают на катера, моторные лодки, автомобили, мотоциклы.

Компрессор

Компрессор – машина, предназначенная для сжатия, перемещения и подачи воздуха или другого газа под давлением.

Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и других ученых.

По назначению компрессоры подразделяются на воздушные и газовые (кислородные) машины. Наибольшее распространение получили воздушные компрессоры, или компрессоры общего назначения. Эти машины вырабатывают сжатый воздух давлением до 5,0 МПа, который широко применяется в промышленности. Например, в металлургии сжатый воздух используется в качестве дутья для доменных и мартеновских печей, вагранок, нагревательных и термических печей, в энергетике – для нагнетания в топки котлов и камеры сгорания.

Сжатый воздух как энергоноситель используется для привода различных пневмомеханизмов, молотов, трамбовок, вибраторов, обрубных молотов, патронов для зажима деталей в станках, пневмоподъемников.

Воздух широко используется для транспортировки сыпучих сред, для перемешивания материалов, для сепарации пыли и для многих других процессов.

Развитие сети газопроводов природного газа и увеличение их протяженности способствовали развитию газовых компрессоров на высокие давления – до 40 МПа и выше. Для доставки природного газа в пункт потребления через каждые 100—150 км газопроводов необходимо устанавливать компрессорные станции, перекачивающие до нескольких миллионов кубометров газа в сутки.

Особую группу составляют кислородные компрессоры, которые имеют специальную смазку рабочих органов, особую конструкцию уплотнений для предотвращения утечки кислорода и другие особенности.

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, ротационные, центробежные, осевые, струйные и турбокомпрессоры.

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно– и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V– или W-образным и иным расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Работа одноступенчатого воздушного поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала соединенный с ним шатун сообщает поршню возвратные движения. В это время в рабочем цилиндре из-за увеличения объема, заключенного между днищем поршня и крышкой цилиндра, возникает разрежение, и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) поступает в рабочий цилиндр.

При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан, воздух открывает последний и поступает в трубопровод. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается.

Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор оборудуется водяным или воздушным охлаждением.

При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически более выгодным (см. «Термодинамика»). Характерная особенность этих машин – периодичность рабочего процесса.

Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры. Они имеют роторы с пазами, в которые свободно входят пластины. В цилиндре корпуса ротор расположен эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части компрессора будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие. В правой части компрессора объемы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подается из компрессора в холодильник или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы. Двухступенчатые пластинчатые ротационные компрессоры с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6 Мн/м2.

Принципы действия ротационного и поршневого компрессора в основном аналогичны. Отличаются они лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны). В ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационных компрессоров, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационных компрессоров осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колесами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделен на 3 секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в необходимые каналы. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, т. е. преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора. Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных компрессоров 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колес. Допускающие окружные скорости до 280—500 м/с. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также КПД от производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками. Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и другими различными способами.

Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться и вращаться. Решетка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени.

В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счет уменьшения скорости газа.

Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2—1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но КПД у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров. Зависимость давления, потребляемой мощности и КПД от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик.

Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных. Осевые компрессоры применяют в составе газотурбинных установок (см. «Газотурбинный двигатель»). Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическим КПД и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически выгодному в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессоры обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

В турбокомпрессорах сжатие происходит вследствие использования сил инерции потока газа. Преобразование энергии в таких машинах можно условно расчленить на два этапа: на первом этапе газу сообщается кинетическая энергия (например, вращающимся лопаточным аппаратом), на втором этапе поток газа тормозится и его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Оба этапа могут совершаться и одновременно. Характерная особенность этих машин – непрерывность рабочего процесса.

По направлению движения потока различают центробежные и осевые турбокомпрессоры. В центробежных машинах поток движется радиально (от центра к периферии вращающегося рабочего колеса), а в осевых машинах поток параллелен оси вращения рабочего колеса.

Конденсатор

Конденсатор (от лат. condense – «уплотняю», «сгущаю») – теплообменный аппарат для осуществления перехода вещества из газообразного (парообразного) состояния в жидкое или твердое. Широко используется в химической технологии, в теплоэнергетических и холодильных установках для конденсации рабочего вещества, в испарительных установках для получения дистиллята, разделения смесей паров и т. д. Конденсация пара в конденсаторе происходит в результате соприкосновения его с поверхностью твердого тела (поверхностные конденсаторы) или жидкости (контактные конденсаторы), имеющих температуру более низкую, чем температуpa насыщения пара при данном давлении. Всякая конденсация пара сопровождается выделением тепла, затраченного ранее на испарение жидкости, которое необходимо отводить какой-либо охлаждающей средой.

Поверхностные конденсаторы обычно выполняются в виде пучка горизонтальных или вертикальных труб. При этом охлаждающая среда (вода, рассол, воздух) может протекать внутри труб, а пар – поступать в пространство между трубами и конденсироваться на их наружной поверхности или наоборот. Пространство, в котором происходит конденсация, может быть под атмосферным повышенным или пониженным давлением. По устройству поверхностные конденсаторы аналогичны другим поверхностным теплообменникам (обычно кожухотрубным). Используются в случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.

При конденсации пара образуется жидкость, она стекает с поверхности теплообмена под действием силы тяжести или увлекается движущимся паром. Если же образуется твердая фаза (например, лед), она непрерывно или периодически удаляется скребками или другими устройствами. При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха или другого газа поверхность конденсатора с целью интенсификации теплообмена обычно снабжается со стороны этой среды ребрами. В контактных конденсаторах образующийся конденсат смешивается с охлаждающей жидкостью и отводится вместе с ней. В зависимости от взаимного направления движения пара и жидкости конденсаторы бывают прямоточные, противоточные или с перекрестным током. Конденсат обычно удаляется из конденсатора насосом, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом. Для увеличения поверхности соприкосновения пара с жидкостью последняя разделяется в контактном конденсаторе (при помощи переливных устройств, дырчатых тарелок, распыляющих сопел или других устройств) на струи и капли, на поверхности которых происходит конденсация пара. Иногда пар подается в объем жидкости и пронизывает ее (барботирует) в виде пузырей, на поверхности которых происходит конденсация.

Для обеспечения нормальной работы конденсатор снабжается рядом вспомогательных устройств, вместе с которыми он образует конденсационную установку.

Конденсационная турбина

Конденсационная турбина – разновидность паровой турбины, в которой рабочий цикл завершается процессом конденсации пара. На всех крупных тепловых и атомных электростанциях для привода электрических генераторов применяются конденсационные турбины. Также они применяются в качестве главных двигателей на кораблях и для привода доменных воздуходувок и т. д. Главным преимуществом конденсационной турбины по сравнению с любым другим двигателем является возможность получения в одной установке большой мощности (до 1200 МВт и более).

Конденсационные турбины больших мощностей выполняются, как правило, многоцилиндровыми с развитой системой регенеративного подогрева питательной воды (до 8—9 отборов пара для подогрева). Конденсационная турбина мощностью свыше 100 МВт обычно бывает с однократным промежуточным перегревом пара.

Первая конденсационная турбина в нашей стране была построена на Ленинградском металлическом заводе в 1924 г. Полученная турбина была мощностью 2 МВт, работала на паре с начальным давлением 1,1 Мн/м2 (11 кгс/см2) и температурой 300 °С. В 1970 г. там же была изготовлена одновальная конденсационная турбина мощностью 800 МВт с начальным давлением пара 24 Мн/м2 (240 кгс/см2) и температурой 540 °С. Чуть позже, в 1973 г., создается не имеющая аналогов в мировом турбостроении одновальная конденсационная турбина мощностью 1200 МВт с промежуточным перегревом пара.

Атомные электростанции главным образом оснащены конденсационными турбинами насыщенного пара. Расход пара у этих турбин примерно на 60—65% больше, чем у конденсационной турбины с перегревом пара равной мощности. Чтобы пропустить увеличенные расходы пара через последние ступени, необходимо увеличивать длину лопаток этих ступеней, что может быть достигнуто лишь при снижении частоты вращения конденсационной турбины.

Поэтому конденсационные турбины мощностью 500 МВт и более, как правило, выполняются не на 3000 об/мин, а на 1500 об/мин.

Харьковский турбинный завод имени С. М. Кирова выпускает конденсационные турбины насыщенного пара мощностью 220 и 500 МВт на 3000 об/мин. Ведутся разработки серии конденсационных турбин мощностью 500 и 1000 МВт на 1500 об/мин.

Разновидностью конденсационных турбин являются турбины с регулируемыми отборами пара для отопительных целей и для производственных нужд. Они используются для совместного производства электроэнергии и тепла, имеют название «теплофикационные» и устанавливаются на теплоэлектроцентралях. На Уральском турбомоторном заводе в 1971 г. изготовлена первая в мире теплофикационная турбина с промежуточным перегревом пара мощностью 250 МВт, рассчитанная на отпуск тепла в количестве 394 МВт (340 Гкал/ч).

Корпусный реактор

Корпусный реактор – разновидность ядерного реактора, активная зона которого располагается в прочном корпусе. В структуре корпусного реактора выделяют: активную зону, содержащую ядерное топливо и замедлитель; отражатель нейтронов; теплоноситель; радиационную защиту; систему регулирования реакции; систему управления на расстоянии.

В корпусном реакторе теплоноситель чаще всего выполняет функции замедлителя (обычная или тяжелая вода, органические жидкости). В некоторых корпусных реакторах в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов применяются разнородные вещества. В корпусном реакторе EDF (Франция) используются углекислый газ и графит. Корпусной реактор обычно представляет собой цилиндрический сосуд с крышкой, внутри которого размещена конструкция (корзина) с активной зоной, с возможностью ее изъятия. Снизу в активную зону поступает теплоноситель. Активная зона состоит из тепловыделяющих кассет. В активной зоне перемещаются управляющие стержни, приводы которых имеют герметичный вывод в крышке или днище корпуса. Через патрубки в верхней части корпуса осуществляется отвод нагретого теплоносителя.

В мировой ядерной энергетике корпусные реакторы используются широко. Это явление может быть объяснено их сравнительной простотой, компактностью и высокой энергонапряженностью активной зоны. Существуют корпусные реакторы на быстрых и тепловых нейтронах, наибольшее распространение получили последние. В нашей стране на Нововоронежской АЭС работает корпусный реактор мощностью 1375 МВт. В нем теплоносителем и замедлителем является обычная вода под давлением 12,5 Мн/м2 (125 кгс/см2). Вода, принудительно циркулирующая в активной зоне, нагревается от 269 до 300 °С и поступает в парогенераторы.

Преимущества корпусных реакторов:

  1) простая конструкция тепловыделяющих сборок;

  2) малое количество дополнительных конструкционных материалов, присутствующих в активной зоне и поглощающих нейтроны.

Теоретически имеется возможность использования ядерного топлива с низким обогащением. Но на практике в связи со спецификой используемых замедлителей корпусные реакторы требуют большего обогащения, чем канальные реакторы.

Недостатки корпусных реакторов:

  1) сложный в изготовлении герметичный корпус (габариты примерно 5—10 м, давление до 160 атм);

  2) жесткое ограничение размера активной зоны и, как следствие, максимальной мощности;

  3) невозможность частичной выгрузки тепловыводящих элементов. Это означает, что для замены топлива требуются полная остановка реактора, откачивание теплоносителя, удаление системы привода стержней, снятие крышки и т. д.

Котел

Котел – устройство, осуществляющее образование насыщенного или перегретого пара.

Согласно классификации различают котлы следующих видов:

  1) водотрубные котлы; суть их заключается в том, что внутри трубы находятся вода и пароводяная смесь, а дымовые газы располагаются вне трубы;

  2) газотрубные котлы; их особенностью является расположение внутри трубы дымовых газов, а снаружи – воды.

В зависимости от характера движения воды и пароводяной смеси существуют:

  1) котлы с естественной циркуляцией;

  2) котлы с принудительной прямоточной циркуляцией;

  3) котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Котел-утилизатор

Котел-утилизатор – котельный агрегат, использующий (т. е. утилизирующий) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических (промышленных или энергетических) процессов. Насос для котлов-утилизаторов состоит из приводной и проточной частей.

Приводная часть состоит из опорного кронштейна, в котором на подшипниках установлен вал насоса. Подшипники закрыты крышками. Проточная часть состоит из спирального корпуса, который крепится к фланцу опорного кронштейна, рабочего колеса, насаженного на конец вала, и всасывающего патрубка, присоединенного к спиральному корпусу. Материал деталей проточной части – чугун. Уплотнение вала – двойной сальник.

Котельная установка

Котельная установка – взаимосвязанные аппараты, которые за счет теплоты, получаемой при сжигании топлива, вырабатывают водяной пар или горячую воду.

В состав котельной установки входят котел и ряд аппаратов, обеспечивающих поступление топлива и удаление остаточных газов. Как становится ясно из названия, основным компонентом котельной установки является котел. Он служит для образования насыщенного или перегретого пара.

Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки.

В качестве источников теплоты для котельных установок используются природные и искусственные топлива (каменный уголь, жидкие и газообразные продукты нефтехимической переработки, природный и доменный газы и др.), отходящие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония) и т. д.

Технологическая схема котельной установки с барабанным паровым котлом, работающим на пылевидном угле, следующая: топливо с угольного склада после дробления подается конвейером в бункер сырого угля, из которого направляется в систему пылеприготовления, имеющую мельницу для размола угля. Пылевидное топливо с помощью специального вентилятора транспортируется по трубам в воздушном потоке к горелкам топки котла, находящегося в котельной. К горелкам подводится также вторичный воздух дутьевым вентилятором (обычно через воздухоподогреватель котла). Вода для питания котла подается в его барабан питательным насосом из бака питательной воды, имеющего устройство деаэрации. Перед подачей воды в барабан она подогревается в водяном экономайзере котла. Испарение воды происходит в трубной системе. Сухой насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель, затем направляется к потребителю.

Топливно-воздушная смесь, подаваемая горелками в топочную камеру (топку) парового котла, сгорает, образуя высокотемпературный (1500 °С) факел, излучающий тепло на трубы, расположенные на внутренней поверхности стен топки. Это – испарительные поверхности нагрева, называемые экранами. Отдав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой около 1000 °С проходят через верхнюю часть заднего экрана, трубы которого здесь расположены с большими промежутками (эта часть носит название фестона), и омывают пароперегреватель. Затем продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котел с температурой, несколько превышающей 100 °С. Уходящие из котла газы очищаются от золы в золоулавливающем устройстве и дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем образующаяся пульпа откачивается специальными багреными насосами и удаляется по трубопроводам.

Мощные котельные установки занимают помещения объемом в сотни тысяч м3, сжигают до 600 т/ч топлива, вырабатывая до 4 тыс. т/ч пара.

Крейцкопфный двигатель

Крейцкопфный двигатель – двигатель внутреннего сгорания по типу дизеля, в котором соединение шатуна и поршня осуществляется посредством крейцкопфа.

Крейцкопф, или ползун, представляет собой деталь кривошипно-ползунного механизма, которая совершает возвратно-поступательные движения по неподвижным направляющим. Данный механизм предназначен для преобразования движений прямолинейно-поступательного характера во вращательные движения и наоборот.

В рабочем цикле крейцкопфного двигателя внутреннего сгорания различают:

  1) процесс впуска, во время которого при открытом впускном клапане происходит перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, а затем обратно в крайнее верхнее положение, далее происходит закрытие впускного клапана, при этом горючая смесь поступает в цилиндр, где она смешивается с газами, оставшимися от предыдущего цикла;

  2) процесс сжатия; сжатие воздуха в цилиндре начинается после закрытия впускного клапана, а заканчивается после поступления топлива в камеру сгорания, на протяжении всего процесса сжатия происходит теплообмен между стенками цилиндра и горючей смесью, сначала теплообмен идет в направлении от стенок цилиндра к топливной смеси, затем в обратном направлении;

  3) процесс сгорания; данный этап начинается после поступления топлива в цилиндр, воспламенение является результатом процесса сжатия;

  4) процесс расширения; данный этап наступает сразу же после процесса сгорания и характеризуется тем, что расширяющиеся газы совершают полезную работу, отдавая тепловую энергию стенкам цилиндра; завершается данный этап в момент, когда начинает открываться выпускной клапан;

  5) процесс выпуска; при открытом выпускном клапане происходит высвобождение цилиндра от отработавшего топлива.

Мощность крейцкопфных двигателей составляет около 2,2 МВт (3000 л. с.), частота вращения – 100—250 об/мин, диаметр цилиндра не менее 600 мм. Конструктивно крейцкопфные двигатели выполняются с прямоточной продувкой.

Линия электропередачи

Линия электропередачи – система из проводов и вспомогательных элементов, осуществляющая передачу электрической энергии от электростанций к потребителям. Электричество представляет собой совокупность явлений, в которых обнаруживаются существование, движение и взаимодействие зарядов. Любая линия электропередачи представляет собой электрическую цепь.

В изучении электричества и электрических цепей большая роль принадлежит немецкому физику Георгу Ому. Начав свой жизненный путь с карьеры преподавателя физики и математики, Ом обнаружил у себя стремление к исследовательской деятельности. Объектом исследования был избран развивающийся в то время раздел физики – электричество. Накопленные экспериментальные данные в 1825 г. Ом публикует в статье под названием «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество». Данная работа не была признана научным советом из-за наличия значительных погрешностей в ходе экспериментов, что, в свою очередь, сильно отразилось на полученных результатах. Несмотря на отсутствие признания со стороны коллег, Георг Ом продолжает работу и уже в 1826 г. публикует новую статью под названием «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество». Но недоверие, вызванное ошибочными суждениями первой публикации, не позволило ученым-физикам разглядеть правильность суждений новой работы Ома. Настораживала ученый совет и простота выведенного Омом закона. В 1827 г. выходит новая публикация Ома «Теоретические исследования электрических цепей», в 1829 г. – «Экспериментальные исследования работы магнитного мультипликатора», в 1830 г. – «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости». Несмотря на то что каждая из этих работ содержала данные, способствующие дальнейшему развитию физики, Георг Ом был признан лишь в 1833 г., т. е. по прошествии 7 лет после его выдающегося открытия.

Паровая машина

Паровая машина – тепловой поршневой двигатель, который осуществляет превращение энергии водяного пара в механическую энергию.

Использование паровой машины на паровозах, пароходах, локомобилях свидетельствовало о том, что это изобретение на протяжении 1,5 столетия являлось единственным универсальным двигателем, который не только выполнял возложенные на него задачи, но и ставил новые задачи перед научным знанием.

Согласно современной классификации выделяют паровые машины:

  1) по их назначению:

а) стационарные;

б) нестационарные;

  2) по расположению цилиндров:

а) с вертикальным расположением;

б) с горизонтальным расположением;

в) с наклонным расположением;

  3) по значению давления используемого пара:

а) с низким давлением;

б) со средним давлением;

в) с высоким давлением;

  4) по числу оборотов, совершаемых валом:

а) тихоходные (до 50 об/мин);

б) быстроходные (свыше 50 об/мин).

Поршень перемещается при поступлении пара в цилиндр паровой машины. В 1763 г. проект паровой машины непрерывного действия был разработан И. И. Ползуновым. Паровая машина – это универсальный двигатель, созданный Джеймсом Уаттом в 1774—1784 гг. Паровая машина сыграла исключительную роль в прогрессе промышленности и транспорта, будучи первым и до конца XIX в. практически единственным универсальным двигателем.

Первая наиболее удачная попытка использовать энергию пара была предпринята в 1698 г. английским инженером Томасом Сэйвери. Данное изобретение явилось прототипом паровой машины, оно предназначалось для осушения угольных шахт. Приблизительно в то же время французский испытатель Дени Папен сконструировал аппарат, схожий с конструкцией Сэйвери. Так оба этих изобретателя внесли огромный вклад в создание паровой машины, но почему-то упоминание об их деятельности встречается крайне редко. Первая же паровая машина, в полном смысле этого выражения, была разработана в 1712 г. английским изобретателем Томасом Ньюкменом. Паровая машина Ньюкмена сразу приобрела огромную популярность и стала использоваться повсеместно. Она сыграла огромную роль в развитии угольной промышленности. Но, несмотря на это, паровая машина Ньюкмена не была совершенным изобретением. Коэффициент полезного действия данной конструкции был минимален, а расход топлива оставлял желать лучшего. Рассказывая об истории создания паровой машины, нельзя не упомянуть русского изобретателя Ивана Ивановича Ползунова. К приведению в жизнь своего замысла Ползунов приступил в 1764 г. Но Иван Иванович не дожил до окончания испытаний своего изобретения. Окончательная проверка исправности действия паровой машины была проведена учениками Ползунова Черницыным и Левзиным, после чего машина была готова к повсеместной эксплуатации.

Паровая турбина

Паровая турбина – разновидность турбины, осуществляющей превращение энергии водяного пара в механическую энергию. Бурное развитие научной и технической мысли в XVIII– XIX вв., в частности, создание паровой машины, являлось стимулирующим моментом, ведущим к новым открытиям, в том числе и к изобретению паровой турбины. Принципиальным отличием вышеупомянутых конструкций явилось то, что паровая машина функционирует за счет потенциальной энергии пара, а паровая турбина работает благодаря его кинетической энергии.

Назвать первого создателя паровой турбины достаточно сложно. Многие испытатели занимались этой проблемой. Можно обозначить несколько испытателей, с чьими именами связывают изобретение данной конструкции. Карл де Лаваль получил патент на разработку и создание паровой турбины в 1889 г. Итогом работы Карла де Лаваля стала международная техническая выставка в Чикаго, на которой была представлена конструкция де Лаваля. Создание паровой турбины связывают также с именем Чарльза Парсонса. Свою первую конструкцию подобного типа он закончил в 1884 г., и она, в отличие от паровой турбины де Лаваля, сразу же нашла применение в промышленном масштабе. В 1894 г. Чарльз Парсонс сконструировал турбинное судно, которое назвал «Турбиния». Первые испытания судна прошли не очень удачно, но после усовершенствования «Турбиния» стала самым быстроходным судном.

Пароводяная смесь

Пароводяная смесь образуется при пузырчатом кипении воды в паровых котлах (кипятильных трубах или топочных экранах), а также в испарителях и других теплообменных аппаратах. Плотность пароводяной смеси меньше плотности воды, в барабанах паровых котлов это обеспечивает естественную циркуляцию.

Паровой котел

Паровой котел – устройство, осуществляющее образование насыщенного или перегретого пара.

Согласно классификации различают паровые котлы следующих видов:

  1) водотрубные котлы, суть их заключается в том, что внутри трубы находятся вода и пароводяная смесь, а дымовые газы располагаются вне трубы;

  2) огнетрубные паровые котлы, их особенностью является расположение внутри трубы дымовых газов, а снаружи воды.

В зависимости от характера движения воды и пароводяной смеси существуют:

  1) паровые котлы с естественной циркуляцией;

  2) паровые котлы с принудительной прямоточной циркуляцией;

  3) паровые котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Парогазотурбинная установка

Парогазотурбинная установка – теплосиловая установка, совместно использующая в своем тепловом цикле два рабочих элемента – газы от сгорания топлива и водяной пар. Принципиальная конструкция парогазотурбинной установки включает газовую турбину, высоконапорный парогенератор, паровую турбину, электрический генератор, компрессор. Первая парогазотурбинная установка появилась в 1932 г. в конструкции высоконапорного парогенератора «Велокс» производства швейцарской фирмы «Боун, Бовери унд компани». В этой установке газовая турбина сообщала работу дутьевому турбокомпрессору, используя отходящие газы парогенератора. Она повышала эффективность теплообмена, и наддув топки составлял 200—300 кн/м2 (2—3 кгс/см2).

Установки «Велокс» имели очень широкое применение во многих странах, в том числе и в России. Современные парогазотурбинные установки различаются по конструкции и мощности. Они могут иметь и раздельные тепловые схемы, использующие газ и пар в контурах в отдельных газовых и паровых турбинах, или контактные схемы, при которых происходит смешивание пара и газа в общий поток, который направляется в турбину. Парогенераторы «Велокс» имеют небольшую мощность. В России, например, построены высоконапорные парогазогенераторы, имеющие большую производительность. Продукты сгорания газа поступают в газовую турбину, пар – в паровую турбину. Газовая турбина приводит в движение воздушный компрессор и электрический генератор. Применение совместного газового и парового циклов экономит удельный расход тепла, снижая его до 7%, что эффективнее паротурбинной установки такой же мощности, и снижает капиталовложения до 12%. Первая комбинированная схема, включающая высоконапорный парогенератор и газотурбинную установку, появилась в России в 1972 г. на Невинномысской ГРЭС. Мощность блока – 200 МВт, давление в топке парогенератора – 650 кн/м2 (6,5 кгс/см2), мощность газотурбинной установки – 43 МВт, мощность паротурбинной установки – 160 МВт. Такие установки большой мощности используются на больших электростанциях и в России, и в зарубежных странах.

В Германии и в США работают тепловые схемы парогазотурбинных установок, использующие газы, отходящие из газотурбинной установки, в топку парового котла, увеличивая в ней температуру. И также отходящие газы газотурбинной установки подогревают воду, питающую теплообменник.

Парогенератор

Парогенератор– устройство, производящее водяной пар. Различаются по роду используемой энергии. Существуют парогенераторы, вырабатывающие пар при сжигании органического топлива (это паровые котлы), и есть парогенераторы, работающие на электрической энергии (это электрические котлы). Парогенераторы входят в конструкцию парогазотурбинной установки. Парогенераторы на атомных электростанциях вырабатывают вторичный пар, направляющийся в турбину. Это испарители с обогревом теплоносителя из атомного реактора.

Пароперегреватель

Пароперегреватель – устройство, перегревающее пар с целью повышения температуры этого пара, превышающей температуру насыщения. Принципиальная конструкция пароперегревателя представляет собой стальные трубы, имеющие внутренний диаметр до 60 мм, которые укреплены параллельно и присоединены или прямо к барабану котла, или к коллектору – входному, выходному или же промежуточному. Пароперегреватели различаются по направлению движения пара и дымового газа и по расположению пароперегревателя в котле. Направление пара и газа может быть параллельным, противонаправленным и смешанным. От расположения пароперегревателя в котле зависит теплообмен, осуществляющийся в нем. По расположению в котле пароперегреватели бывают радиационными, ширмовыми или конвективными.

Пароперегреватели радиационные расположены в топочной камере на ее потолке или на стенках между трубами испарительных экранов, они получают тепло, которое распространяет факел сжигаемого топлива.

Пароперегреватели ширмовые представляют собой отдельные плоские ширмы из параллельных труб, они располагаются перед конвективной частью котла, при выходе из топки. Их теплообмен 3/4 – это излучение или конвекция.

Пароперегреватели конвективные 3/4 – это несколько рядов змеевиков, они располагаются за топкой в газоходе котлоагрегата. Существуют и комбинированные пароперегреватели. Их конструкция включает радиационную, ширмовую, конвективную части и пароохладитель. Пароохладитель 3/4 – это теплообменное устройство, регулирующее температуру перегретого пара перед турбиной или в котле, предотвращающее слишком высокий перегрев пароперегревателя и обеспечивающее нормальные условия работы паровой турбины. Пароохладитель находится в промежуточном коллекторе или на выходе пара из пароперегревателя. Принцип работы пароохладителя состоит в отводе от пара тепла, который осуществляет вода, проходящая по трубам теплообменника, в результате чего происходит охлаждение пара.

Комбинированные пароперегреватели, обеспечивающие большой перегрев пара, используются в котлоагрегатах высокого давления. Пароперегревателями оснащают котлоагрегаты тепловых электростанций, потому что увеличение температуры пара увеличивает эффективность паросиловой установки. В котлоагрегатах среднего или низкого давления с температурой пара до 500 °С используют конвективные пароперегреватели. В котлоагрегатах с давлением пара 14 Мн/м2 используют в дополнение к основным пароперегревателям также и промежуточные, перегревающие отработанный в турбине пар.

Паросиловая установка

Паросиловая установка – установка, преобразующая тепло сжигаемого топлива в механическую энергию с помощью пара, механическую энергию в электрическую энергию – с помощью генераторов электрического тока. Это работа тепловой электростанции. Атомная электростанция 3/4 – это также паросиловая установка, где пар вырабатывает атомная энергетическая установка. Паровая машина, паровая турбина 3/4 – это также паросиловые установки.

Принципиальная конструкция паросиловой установки представляет собой один паровой котел и один паровой двигатель, или же группу паровых котлов и несколько паровых двигателей. Также она включает вспомогательные механизмы и приборы, регулирующие и направляющие ее работу. Локомобиль 3/4 – это пример очень простой конструкции паросиловой установки, она представляет собой жаротрубный дымогарный котел с поршневой паровой машиной.

Существуют паросиловые установки, состоящие из паровых котлов, паровых турбин, конденсационных установок. Эти паросиловые установки имеют большую мощность. Современные мощные паросиловые установки имеют блоки котел-турбина с мощностью 300 МВт и более. Но эти блоки не связаны между собой паром и водой. Такие установки имеют короткие паропроводы и наименьшее число арматуры, отличаются высокими параметрами пара: давление – 24 Мн/м2 (240 кгс/см2), температура – более 570 °С.

Паросиловые установки вырабатывают достаточное количество пара, и часть его направляется на технологические цели: отоплению, сушку. Паросиловые установки работают на судах (пароходах) и на железнодорожном транспорте (паровозах).

Пневмодвигатель

Пневматический двигатель – энергосиловая машина. Принцип ее действия состоит в преобразовании энергии сжатого воздуха в механическую работу. Пневмодвигатели и различаются по этому принципу действия и бывают объемными или турбинными.

Объемные пневмодвигатели бывают ротационными и поршневыми. В поршневых пневмодвигателях сжатый воздух расширяется в цилиндрах поршневой машины, и тем самым вырабатывается энергия, преобразующаяся в механическую работу. Поэтому объемные пневмодвигатели имеют очень широкое применение. Они приводят в движение инструменты, такие как отбойные молотки, шлифовальные головки, дрели, гайковерты. Они очень эффективны для работы во взрывоопасных местах, в среде, содержащей повышенное количество влаги, газа, пыли угля.

Действие турбинных пневмодвигателей основано на воздействии потока воздуха на лопатки турбины. В них используется кинетическая энергия сжатия воздуха, в то время как в объемных пневмодвигателях используется потенциальная энергия сжатого воздуха.

Поршневая машина

Поршневая машина – устройство, преобразующее энергию с помощью основного рабочего приспособления – поршня. Принципиальная конструкция поршневого устройства представляет собой цилиндр, в котором движется поршень. При движении поршня изменяется объем камеры и изменяются параметры рабочего тела – давление, температура. Рабочим телом могут быть воздух, газы, смеси, вода. Специальные распределительные устройства – клапаны, золотники – регулируют поступление и отвод рабочего тела из цилиндра. Во время работы поршневой машины энергия рабочего тела понижается или повышается. Различные двигатели, насосы, компрессоры имеют в своей конструкции поршневые устройства. Работа поршневой машины, как правило, носит прерывистый и цикличный характер. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое с помощью кривошипного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Цикличность работы механизма влияет на скорость поршневой машины, которая не так высока. К тому же поршневые машины имеют большую массу и затраты на трение. Существуют конструкции поршневых машин, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное при помощи бесшатунного механизма. Также существуют поршневые машины, в которых поршень совершает вращательное движение, такие машины называются роторно-поршневыми. В конструкции парового насоса, например, поршень поршневой машины-двигателя приводит в движение поршень поршневой машины-исполнителя. Устройство мотокомпрессора представляет собой многоцилиндровую поршневую машину, в которой скомпонованы поршень-двигатель и поршень-исполнитель. Основная подвижная деталь поршневой машины – поршень, который движется вдоль оси цилиндра и перекрывает его поперек сечения. Поршень движется возвратно-поступательно и сжимает и засасывает рабочее тело – газы или жидкости. Поршни различаются по конструкции и по отношению его диаметра к длине и бывают тронковыми, дисковыми, скальчатыми. Тронковый поршень имеет небольшую длину, она только немного больше его диаметра, он снабжен головкой с днищем и канавками для поршневых колец. Дисковый поршень имеет длину, определяемую уплотнительным устройством, дисковый поршень установлен на штоке. Скальчатый поршень-плунжер имеет большую длину, в несколько раз больше его диаметра. Поверхность поршня, как правило, гладкая или имеющая кольцевые канавки. Изобретение и усовершенствование поршневой машины осуществлялось одновременно с изобретением паровой машины, автомобиля, дизеля, устройством которых она непосредственно является. Поршневые машины имеют очень широкое применение в различных областях производства и отличаются надежностью и простотой в эксплуатации, эффективностью и экономичностью.

Прямоточный котел

Принцип его действия основан на полном испарении воды, которое происходит во время ее прямоточного прохождения через испарительную поверхность. Питательный насос подает воду в экономайзер и далее в подъемные трубы и змеевики, которые находятся в топке. Эти змеевики и трубы и есть испарительная поверхность. В них вода испаряется, и при выходе из змеевиков уже испаряется ее остаток и происходит перегревание пара. Содержание пара в воде доходит до 95%. Это переходная зона с высоким теплонапряжением, и змеевики располагают иногда не в самой топке, а в газоходах. Окончательный перегрев пара происходит после переходной зоны в перенагревателях (радиационном или конвективном). В прямоточном котле нет барабана и опускных труб, это экономит металл на его изготовление и делает применение экономически выгодным. Но в воде, работающей в прямоточном котле, содержатся различные соли, которые оседают на внутренней поверхности труб-змеевиков и на лопатках рабочего колеса турбины, куда они попадают с паром. Это понижает эффективность работы турбины. Чтобы как-то снизить это влияние, вода проходит специальную водоподготовку. Значительный недостаток прямоточного котла – это большой расход энергии, необходимый для работы питательного насоса. Для использования прямоточных котлов на тепловых электростанциях воде необходима дополнительная химическая очистка, что увеличивает затраты. Поэтому более эффективны прямоточные котлы на конденсационных электростанциях, так как их питает уже обессоленная вода. Первый прямоточный котел в России появился в 1932 г. Это был еще опытный вариант, сконструированный в Бюро прямоточного котлостроения. Конструктор – Л. К. Рамзин. Этот первый котел имел горизонтальные змеевики, производительность пара – 3,6 т/ч, давление пара – 14,1 Мн/м2. Первый промышленный прямоточный котел был построен в России в 1933 г., производительность его пара была 200 т/ч.

В зарубежных странах используются прямоточные котлы Бенсона, имеющие вертикальные подъемные трубы, котлы Зульцера, имеющие вертикальные змеевики, в которых вода совершает подъемно-опускное движение.

Современные прямоточные котлы имеют давление 25,5 Мн/м2 (255 кгс/см2), производительность пара – 950—2500 т/ч, температуру первично перегретого пара – 560—580 °С, вторично перегретого пара – 570 °С.

Пусковой двигатель

Пусковой двигатель – это карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, как правило, запускающий дизели большой мощности.

Посредством редуктора вал пускового двигателя соединен с валом дизеля, и после начала работы дизеля пусковой двигатель отключается. Оба двигателя (и пусковой, и дизельный) имеют общую систему охлаждения, в которой циркулирует вода, подогревающая головки и гильзы цилиндров дизеля. Выхлопные газы пускового двигателя подогревают воздух, поступающий в двигатель, что облегчает его пуск. Частота вращения вала пускового двигателя – 2500—4000 об/мин, мощность – 2—15 кВт.

Реактивная турбина

Реактивная турбина – турбина, преобразующая потенциальную энергию рабочего тела (пара, газа, жидкости) в механическую работу с помощью специальной конструкции лопаточных каналов рабочего колеса. Они представляют собой реактивное сопло, так как после прохождения рабочего тела через него значительно увеличивается скорость рабочего тела (газа, жидкости). Первое такое устройство сопла использовал в 1889 г. К. П. Ловаль. Это сопло разместили перед рабочим колесом паровой турбины. Теоретически работу реактивного сопла разработал С. А. Чаплыгин в 1902 г. Современные реактивные турбины имеют рабочее колесо, которое вращается при помощи суммы действий сил, и имеют два принципа действия – активный и реактивный. Окружное усилие возникает, когда изменяется направление потока рабочего тела в лопаточных каналах колеса. Это принцип – активный. Реактивное усилие возникает, когда возрастает скорость рабочего тела в лопаточных каналах колеса, это принцип – реактивный. Реактивность турбины определяется отношением количества энергии, которая преобразована в лопаточных каналах рабочего колеса, к общему количеству энергии, которая использована. Если в турбине по реактивному принципу преобразуется не меньше 50% потенциальной энергии рабочего тела, такая турбина называется реактивной.

Реактор-размножитель

Реактор-размножитель – модификация реактора ядерного. Ядерное топливо – уран или плутоний. Принцип его действия основан на непрерывном воспроизведении расходуемого ядерного топлива. Воспроизведенное топливо – вторичное топливо. Один и тот же элемент (как правило, плутоний или уран) одновременно оказывается и воспроизводимым, и расходуемым. В реактор загружается сырьевой материал, с его ядрами взаимодействуют нейтроны, которые высвобождаются в результате деления ядер исходного материала. Например, в уран-плутониевом реакторе исходное топливо – плутоний, сырьевой материал – уран. Ядра урана захватывают свободные нейтроны, и получается вторичное топливо – плутоний. В уран-ториевом реакторе исходное топливо – уран, сырьевой материал – торий, вторичное топливо – уран. Основная характеристика реактора-размножителя – это время, необходимое для того, чтобы масса воспроизведенного топлива оказалась в 2 раза больше, чем масса топлива, которое было в реактор загружено. Основное природное топливо – это уран (235U). Но в природной смеси изотопов урана он составляет не более 0,7%. Поэтому эксплуатация реакторов-размножителей очень эффективна, так как они увеличивают топливную ядерно-энергетическую базу в несколько десятков раз, используя в своей работе вещества, которые не могут сами осуществлять реакцию деления ядер. Первые экспериментальные реакторы-размножители появились в России в 1949 г. Конструктор – А. И. Лейпунский. Первый промышленный реакторразмножитель был пущен в 1973 г. на атомной электростанции мощностью 150 МВт в Казахстане, в г. Шевченко. Развитие и использование реакторов-размножителей имеют очень большие возможности и перспективы.

Реакторы химические

Реакторы химические – устройства, обеспечивающие химические реакции. Различаются по конструкции, условиям протекания реакции, состоянию веществ, которые в реакторе взаимодействуют (их концентрации, давлению, температуре). В зависимости от состояния веществ химические реакторы бывают для реакций в гомогенных или гетерогенных системах. Гомогенные системы – это системы газовые или жидкие однофазовые. Гетерогенные системы – это системы двух-, трехфазовые, в которых взаимодействуют различные по состоянию вещества – газы, жидкости, твердые вещества. В зависимости от условий протекания реакции бывают реакторы, обеспечивающие различное давление (среднее, высокое или низкое), различную температуру (как низкую, так и высокую), различный характер действия – периодический или непрерывный. Химические реакторы для гомогенных систем – это, как правило, емкости, в которых находятся теплообменные элементы, колонки со змеевиками, перемешивающие приспособления. Характер действия их может быть как периодический, так и непрерывный. Химические реакторы для гетерогенных систем – это, как правило, колонные или трубчатые реакторы. Колонные реакторы бывают секционными или одноступенчатыми. Характер действия может быть периодическим, когда чередуются загрузка реагентов и выгрузка продуктов реакции, или непрерывным, при котором помещенные в реактор реагенты взаимодействуют друг с другом в процессе движения через реактор непрерывным потоком, или циклическим, при котором в реакторе попеременно проводятся различные реакции. Реакторы с периодическим проведением реакции имеют перемешивающие приспособления, создающие однородные условия процесса, убыстряющие теплообмен. Трубчатые химические реакторы способствуют созданию хорошего теплообмена в зоне реакции. Колонные химические реакторы не обладают созданием такого же теплообмена, и их используют для реакций с низкой потребностью в тепле. Чтобы ускорить межфазный обмен и соответственно сократить время реакции, колонные реакторы снабжаются твердой насадкой. При диспергировании одного из реагентов в реакциях газов и жидкостей совершается межфазный обмен. Колонные реакторы обеспечивают равномерное распределение потока. Проточные реакторы имеют циркуляционные приспособления, возвращающие реагенты, которые не прореагировали. Характер реакции, состояние реагентов, металлоемкость и энергоемкость реактора влияют на величину используемого давления. Теплообменные элементы (змеевики, пучки труб) создают в зоне реакции необходимый тепловой режим. Теплоносители обеспечивают отвод и подвод тепла. Химические реакторы имеют гомогенные или гетерогенные катализаторы. Это могут быть суспензия или слой зерен вещества, которые заполняют емкость. Чем меньше размеры этих зерен, тем быстрее протекают реакции, но зато понижается теплопроводность слоя зерен. Как правило, размер зерна составляет несколько миллиметров. Также в качестве катализаторов применяются и металлические сетки.

Существуют химические реакторы, имеющие кипящий слой. Они обеспечивают большую скорость теплообмена, непрерывный ввод реагента и отвод отработанной фазы, в качестве сжижающего агента в этих реакторах используются газы, пары, жидкости, суспензии, пасты. Но для успешной работы таких реакторов необходимы специальные пылеулавливающие устройства. Существуют реакторы, имеющие движущийся слой зерен. Они обеспечивают в гетерогенных системах с твердой фазой осуществление непрерывной реакции. Химические реакторы, имеющие экранированный привод, обеспечивают осуществление реакций с механическим перемешиванием реагентов. Характеристики химических реакторов – это производительность, объем и скорость потока, гидравлическое сопротивление, поверхность теплообмена. Для выбора схемы теплообмена, температурного режима, концентрации и рециркуляции применяется электронно-вычислительная техника. Дальнейшее развитие использования химических реакторов направлено на создание высокоэффективных реакторов с большой мощностью и производительностью, так как в них высока потребность в различных отраслях производства.

Регенератор

Регенератор – это теплообменник, в котором тепло передается поочередным прикосновением теплоносителей и стенок – поверхностей самого устройства. Принцип действия основан на периодическом нагреве и охлаждении стенок его поверхностей. Когда к стенкам прикасается горячий теплоноситель, то это вызывает нагрев стенок. Когда к стенкам прикасается охлажденный теплоноситель, то это вызывает охлаждение стенок и нагревание самого теплоносителя. Конструкция регенератора, имеющего периодически переключающиеся теплоносители, – это несколько камер, наполненных насадкой, которой является кладка из кирпича. Эти камеры попеременно заполняются горячими теплоносителями (дымовыми газами и нагреваемыми теплоносителями – газообразным топливом или воздухом). Конструкция регенератора, имеющего непрерывно перемещающиеся теплоносители, – это тоже камера с подвижной или неподвижной насадкой. Если регенератор имеет подвижную насадку, то теплообмен осуществляется попеременным заходом насадки в зону, которую омывают теплом теплоносители. Если регенератор имеет неподвижную насадку, то теплообмен осуществляется вращением патрубков, которые находятся внутри газовых коробов. Регенератор с непрерывным переключением экономичнее регенератора с периодическим переключением. Регенераторы, как правило, используются в качестве воздухонагревателей доменных печей. Конструкция такого регенератора – это стальной кожух цилиндрической формы, в котором находится насадка, выполненная из ячеистого огнеупорного кирпича. Такое устройство (каупер) впервые появилось в 1857 г., оно было названо по имени его конструктора – инженера Э. А. Каупера. Действие этого устройства основано на попеременном прохождении через кирпичную насадку горячего колошникового газа – продукта сжигания доменной печи и подогреваемого воздуха. Колошниковый газ нагревает насадку, которая, в свою очередь, нагревает проходящий через нее воздух.

Регулирующий стержень

Регулирующий стержень – стержень реактора, регулирующий процесс деления ядер атомов в ядерном реакторе. Сделан из материала, который обладает увеличенной способностью поглощать нейтроны. Регулирующий стержень способствует изменению реактивности – нейтронного баланса, соотношению количеств поглощаемых и освобождающихся нейтронов за определенное время.

Регулирующие стержни изготавливают из кадмия, бора, редкоземельных элементов. Движение стержня осуществляется при помощи электрического или гидравлического привода. Изменение положения регулирующего стержня способствует повышению реактивности, изменению количества ядерного топлива, или атомных ядер, которые поглощают нейтроны. Когда стержень вводится в активную зону реактора, то снижает его мощность или даже совсем прекращает цепную реакцию. Когда стержень выводится из активной зоны, то это увеличивает мощность и реактивность реактора.

Рекуператор

Рекуператор – теплообменник, использующий тепло отходящих газов, отличающийся от регенератора постоянными массами потоков теплоносителей. Выходящий из установки теплоноситель имеет большую температуру и потребность в охлаждении. Рекуператор устроен так, что через разделяющую стенку происходит теплообмен между теплоносителями. Рекуператоры различаются по конструкции, по назначению, по схеме движения теплоносителей.

Движение теплоносителей может быть прямоточным или противоточным. Конструкция рекуператора бывает трубчатой, ребристой, пластинчатой. Рекуператоры имеют очень широкое применение и используются в качестве испарителей, конденсаторов, подогревателей теплоносителей.

Ресивер

Емкость – накопитель пара или газа. Пар или газ попадают в ресивер по трубам малого сечения. При расходовании этого пара он также выходит через трубы.

При периодичности подачи и расходования газа или пара ресивер нейтрализует колебания давлений пара. Ресиверы используются в паровых машинах, в компрессорных установках. В паровой машине ресивер представляет собой теплоизолированную трубу, которая соединяет между собой цилиндры высокого и низкого давления. В компрессорной установке он отделяет капли масла и влаги и охлаждает газ.

Ротор

Ротор – часть рабочих машин или двигателей, основное рабочее движение которых является вращательным. Конструкция ротора различается в зависимости от назначения и представляет собой диск, колесо или барабан. В двигателе ротор имеет соединение с ведущим валом. В рабочих машинах ротор имеет соединение с приводным валом. Части ротора во время работы или получают энергию от рабочего тела в двигателях, или отдают энергию рабочему телу в роторных насосах.

Сварочная горелка

Сварочная горелка – часть сварочного аппарата, различается по назначению и конструкции. Используется при электросварке и при газовой сварке. Во время электрической сварки подводит электрический ток к электроду и защитный газ к сварочной дуге. Во время газовой сварки направляет сварочное пламя и регулирует смешение газов. При ручной сварке сварочную горелку двигает вдоль свариваемого шва человек. При автоматической сварке движение горелки механизировано. Электроды могут быть плавящиеся и неплавящиеся. Сварочная горелка для сварки плавящимся электродом снабжена направляющим токоподводящим мундштуком, имеющим сменный наконечник. Электродная проволока проходит через этот наконечник. Струя газа подводится и направляется через сопло. Эта газовая струя защищает электрод и место сварки от воздуха. Сварочная горелка для сварки неплавящимся электродом состоит из мундштука, который имеет токоподводящую зажимную цангу, газовой камеры, газового канала и газового вентиля. Газ также подводится через сопло. При газовой сварке сварочная горелка направляет к месту сварки горючие газы (кислород, ацетилен). Она имеет смесительную камеру, в которую направляются по каналам газы через регулировочные вентили. В камере газы смешиваются, образуют горючую смесь, которая поступает в мундштук. Горючий газ в сварочные горелки низкого давления направляется при помощи инжектора, в сварочные горелки высокого давления – из баллонов или газовых генераторов.

Свеча зажигания

Свеча зажигания – устройство в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания. При помощи искры, которая возникает между электродами свечи, воспламеняет рабочую смесь в цилиндре двигателя. Конструкция свечи зажигания включает стальной корпус, изолятор, контактную гайку. Боковой электрод расположен в корпусе. Центральный электрод расположен в изоляторе. Искра возникает при высоком напряжении в искровом промежутке между боковым и центральным электродами. Изолятор снабжен юбкой. Характеристикой свечи зажигания является длина этой юбки. Если юбка длинная, то такая свеча зажигания считается горячей. Если юбка короткая, то такая свеча зажигания считается холодной.

Слоевая топка

Слоевая топка – топка парового котла, обеспечивающая слоевое сжигание топлива. Принцип действия слоевой топки состоит в горении топлива в струе воздуха, которая продувает снизу вверх слои топлива, находящиеся на колосниковой решетке. Слоевые топки имеют различное расположение колосниковой решетки. Колосниковая решетка может быть неподвижна, на ней расположены также неподвижные слои топлива. Или решетка может быть также неподвижной, но наклонной, и топливо движется по ней с помощью силы тяжести. Также сама решетка может быть подвижной. Существенно улучшает режим горения регулирование движущегося слоя топлива, который в процессе движения подвергается подсушке, удалению и горению летучих веществ и кокса. В наше время слоевую топку сменила камерная топка, которая используется теперь для большого количества топлива. Слоевые топки сейчас используются только в печах и котлах с небольшой мощностью для сжигания небольшого количества топлива. Модификацией слоевой топки является топка с кипящим слоем, в которой теплообменники находятся в слое топлива и обеспечивают необходимую температуру слоя. Теплообменниками являются поверхности котла. Топка с кипящим слоем обладает высокой интенсивностью горения. Ввод адсорбирующих веществ в кипящий слой очищает топочные газы от окислов азота и серы.

Солнечная батарея

Солнечная батарея – фотоэлектрический полупроводниковый генератор, предназначенный для преобразования энергии солнечной радиации в электрическую энергию. Батарея солнечных элементов использует в своем действии явление внутреннего фотоэффекта. Первая солнечная батарея появилась в 1953 г. в США, ее конструкторы – К. Фуллер, Т. Пирсон, Д. Чапин. В России над созданием такой батареи работали Н. С. Лидоренко, В. С. Вавилов, В. К. Субашиев. Наиболее часто используемый материал для солнечных элементов – кремний с электронно-дырочной структурой, он обеспечивает самый большой КПД. Энергетическая характеристика солнечной батареи – это конструкция, структура солнечных элементов, их число в батарее, полупроводниковый материал. Конструкция солнечной батареи представляет собой плоскую панель, состоящую из солнечных элементов с защитным прозрачным покрытием. Площадь панели может составлять несколько десятков квадратных метров, и в ней может находиться до нескольких сотен солнечных элементов. Вырабатываемый солнечной батареей ток может достигать нескольких сотен ампер (А), напряжение – нескольких десятков вольт (В), мощность – нескольких десятков киловатт (кВт). Солнечная батарея – это экологически чистый источник энергии, она работает, не загрязняя окружающую среду. Она имеет небольшую массу и габариты, проста и надежна в эксплуатации. Но ее существенным недостатком является большая стоимость, это тормозит распространение солнечной энергетики. Поэтому пока солнечные батареи используются в космических целях как самые эффективные по сравнению с другими источниками энергопитания космических устройств. Системы жизнеобеспечения и научные аппараты космических кораблей, станций и спутников снабжаются электрической энергией от солнечных батарей. Также солнечные батареи используются для зарядки электрических аккумуляторов в теневых участках орбиты. На Земле солнечные батареи также имеют применение. Они обеспечивают питанием устройства автоматики радиостанций и радиоприемников, осуществляют катодную антикоррозионную защиту нефтепроводов и газопроводов, подзаряжают буферные аккумуляторы, обеспечивают электрической энергией маяки и навигационные устройства. Такие маяки, работающие на солнечных батареях, уже есть в России, Японии, США.

Солнечная печь

Гелиоустановка – печь, создающая высокую температуру (до 3600 °С) для плавки и термообработки материала. Конструкция печи включает приемное устройство, в котором располагается материал, короткофокусный гелиоконцентратор и автоматическую систему, которая наблюдает за движением Солнца и осуществляет непрерывный поворот гелиоконцентратора для постоянной направленности его оси на Солнце. В фокусе гелиоконцентратора находится приемное устройство – это камера, имеющая светопроницаемое окно. При необходимости в этой камере создают вакуум или инертную атмосферу. Солнечные печи иногда имеют ориентир – плоское зеркало. Оно направляет солнечные лучи на гелиоконцентратор, который в этом случае неподвижен, так как вслед за Солнцем поворачивается ориентир. Солнечные печи позволяют обеспечить условия обработки, исключающие попадание в плавящийся материал нежелательных примесей. Но пока такие солнечные печи используются нечасто, так как они имеют высокую стоимость.

Солнечная энергетическая установка

Солнечная энергетическая установка – гелиоустановка, которая принимает солнечную радиацию и преобразует энергию солнечной радиации в электрическую или тепловую энергию. По этому виду вырабатываемой энергии различают установки. Они бывают электрическими или тепловыми. Тепловые солнечные энергетические установки вырабатывают горячую воду, пресную воду, технологический пар, искусственный холод. Горячую воду получает солнечный водонагреватель, это гелиоустановка, подогревающая воду до 60 °С, такая установка – это термоизолированный ящик, в котором находится котел с водой для нагрева. Котел бывает трубчатый или плоский. Термоизолированный ящик сверху покрыт защитным стеклом, через которое проникают солнечные лучи и, концентрируясь на зачерненных стенках котла, тем самым нагревают воду. Котел постоянно пополняется холодной водой, которая поступает вместо израсходованной горячей воды. Циркуляция воды может быть как естественной, так и принудительной, которую осуществляет насос. Котел бывает сориентирован на юг и имеет небольшой угол наклона к горизонту, который меняется в зависимости от высоты Солнца над горизонтом.

Пресную воду вырабатывает солнечный опреснитель. Конструкция такого устройства очень проста, она представляет собой теплоизолированный сосуд, внутри зачерненный, покрытый прозрачным материалом – полимером, оргстеклом, в сосуд наливают морскую соленую воду. Солнечные лучи проникают через покрытие сосуда, при этом вода нагревается и испаряется. Пар конденсируется на внутренней поверхности покрытия и постепенно стекает в специальный сборник пресной воды. Сосуд ориентирован на юг и имеет угол наклона, который зависит от высоты Солнца над горизонтом, и должен также обеспечить стекание пресной воды. Такие установки имеют производительность до 5 л/м2 в сутки и успешно используются в районах с нехваткой пресной воды и с избытком морской соленой воды.

Электрические солнечные энергетические установки различаются по принципу преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотоэлектрическая установка – это солнечная батарея, термоэлектрическая установка – это солнечный термоэлектрогенератор, термоэмиссионная установка – это термоэмиссионный преобразователь энергии (солнечная энергетическая станция). Низкотемпературные солнечные энергетические установки, преобразуя солнечную радиацию естественной плотности, вырабатывают горячую воду с температурой не более 70 °С. Также вырабатывают пары таких жидкостей, как фреон, хлорэтил, которые работают в холодильных машинах. Высокотемпературные солнечные энергетические установки преобразуют солнечную радиацию с искусственно повышенной плотностью (в 100 000 раз). Плотность увеличивается при помощи гелиоконцентраторов. Электрические солнечные энергетические установки в космосе снабжают электроэнергией искусственные спутники и космические корабли. Но на Земле они еще имеют не такое широкое распространение, так как обладают высокой стоимостью. Но со временем, при нехватке минерального топлива и с возникающими экологическими проблемами, их применение имеет перспективу.

Солнечный термоэлектрический генератор

Солнечный термоэлектрический генератор – модификация солнечной энергетической установки, преобразующая солнечную энергию в электрическую. Конструкция состоит из термоэлектрического генератора, системы, концентрирующей энергию солнечной радиации, системы, наблюдающей за движением Солнца, механической опоры. Гелиоконцентратор увеличивает плотность теплового солнечного потока, который проходит через термоэлемент. Плотность увеличивается и с помощью теплопроводных пластин с площадью большей, чем поперечное сечение термоэлемента. Свойства полупроводников термоэлемента определяют КПД солнечного термоэлектрогенератора. По способу концентрации плотности солнечные термоэлектрогенераторы бывают оптические и панельные. Солнечные термоэлектрогенераторы используются для обеспечения энергией устройств, имеющих небольшую мощность, не более нескольких сотен ватт (например, космические аппараты, некоторые сельскохозяйственные устройства).

Сопло

Сопло – канал, определяющий необходимое направление и разгон потока газа или жидкости, способный также вырабатывать струи жидкостей или газов. Имеет специальную форму поперечного сечения – произвольную, прямоугольную, плоскую, круглую, пространственную, симметричную. Сопло – это часть очень многих технических устройств – газодинамических установок и стендов, аэродинамических труб, воздушно-реактивных двигателей, струйных аппаратов, расходометров. Оно обеспечивает дутьевые процессии и образование пучков молекул в химических реакциях и приборах. Конструкция сопла зависит от его технического назначения, способа образования газового или жидкостного потока. Сопла двигателей ракет дают большой импульс потока газа на выходе при определенных габаритах сопла; сопло аэродинамических труб дает равномерный газовый поток. Принцип действия сопла состоит в непрерывном увеличении скорости газа или жидкости по течению. Но с увеличением скорости непрерывно понижаются давление и температура газа или жидкости до минимальных значений при выходе из сопла. Поэтому сопло имеет сужающуюся форму.

Площадь его поперечного сечения уменьшается с увеличением скорости. В дозвуковом сопле площадь поперечного сечения уменьшается для получения необходимого разгона жидкости или газа. В сверхзвуковом сопле площадь поперечного сечения сначала уменьшается, но потом на выходе расширяется. В дозвуковом сопле давление на выходе равняется давлению окружающей среды. Скорость сначала возрастает на выходе, но с достижением давлением определенной величины стабилизируется и остается постоянной. Средняя скорость течения в дозвуковом сопле равняется скорости звука, и дозвуковое сопло становится звуковым – такая скорость называется критической. Сверхзвуковое сопло имеет такую же форму, что и критическое, у него самое узкое поперечное сечение. Скорость на выходе определяется отношениями площадей критического сечения и выходного сечения, изменения давления не оказывают влияния на скорость. Скорость на выходе можно менять при постоянной площади выходного сечения, изменяя площадь критического сечения специальными механическими устройствами. Такие регулируемые сопла имеют переменную скорость в выходном сечении и широко применяются в различных технических устройствах. В сверхзвуковом сопле давление на выходе может равняться давлению в окружающей среде – это ракетный режим течения. Но если оба эти давления не равны, то это уже не расчетный режим течения, это может образовать волны разрежения. Чтобы не допускать значительного снижения давления и температуры газа, проводят специальный расчет, учитывающий неравномерные термодинамические переходы и наличие в потоке газа примесей. Такие расчеты осуществляются с помощью ЭВМ. Дальнейшее развитие использования сопла направлено на расширение научных, экспериментальных разработок, связанных с его устройством и работой.

Стирлинга двигатель

Стирлинга двигатель – двигатель внешнего сгорания. Был изобретен в 1816 г. в Англии изобретателем Р. Стирлингом, затем внедрен в 1840 г. Свое название двигатель получил по его имени. Двигатель имел внешний подвод и преобразовывал тепловую энергию в механическую работу, незамкнутый цикл и работал на подогреваемом воздухе. У него были несовершенный теплообменник, большие габариты и масса. Этот двигатель не получил дальнейшего распространения. Но впоследствии были созданы двигатели внешнего сгорания, использующие в своей работе так называемый цикл Стирлинга. Это замкнутый регенеративный цикл последовательно чередующихся процессов – двух изохорических и двух изотермических. Конструкция двигателя внешнего сгорания включает нагреватель, охладитель, поршни (вытеснитель и рабочий), регенератор, горячую и холодную полости, зубчатые колеса для регулировки работы поршней, ромбический механизм. Двигатель внешнего сгорания отводит воду от нижней холодной полости. Вода циркулирует в охладителе. Каналы, проходящие через охладитель, нагреватель и регенератор, соединяют между собой холодную и горячую полости. Два поршня (один рабочий, другой вытеснитель) находятся в цилиндре двигателя. Работа двигателя внешнего сгорания состоит в цикле из четырех тактов. Первый такт: рабочий поршень движется вверх и в нижней полости сжимает рабочее тело, вытеснитель пока неподвижен. Когда рабочий поршень выполнит сжатие газа, он останавливается. Второй такт: вытеснитель движется вниз, при этом из нижней полости в верхнюю перемещается сжатый газ, регенератор и нагреватель нагревают газ. Третий такт: газ расширяется в верхней полости, совершая полезную работу, и оба поршня направляются вниз. Четвертый такт: вытеснитель движется вверх, рабочий поршень не движется, газ направляется в нижнюю полость из верхней и отдает регенератору часть тепла. Охлаждается газ в охладителе. Ромбический механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное.

Модификация двигателя внешнего сгорания – это многоцилиндровый двигатель с одним только поршнем в каждом цилиндре. Этот поршень выполняет расширение, сжатие, вытеснение газа. Рабочий цикл этого двигателя выполняется за один оборот кривошипа. Этот двигатель имеет меньшую массу и габариты. Двигатели внешнего сгорания способны работать на различном топливе, даже ядерном, его сжигание происходит в форсунках, и пламя идет в трубы нагревателя. Продукты сгорания топлива двигателей внешнего сгорания содержат намного меньше токсичных примесей, чем продукты сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поэтому «двигатели Стирлинга» очень экологически выгодны, а также надежны в эксплуатации и экономичны по расходу топлива. Но их существенные недостатки – это большая стоимость, масса, размеры, трудность в управлении и регулировке, сложность конструкции. Современные двигатели внешнего сгорания используются на грузовых автомобилях и судах. Дальнейшее использование таких двигателей перспективно и направлено на снижение габаритов, массы, стоимости, использование рациональных способов их изготовления из жаростойких материалов, увеличение их мощности и производительности.

Тепловая труба

Тепловая труба – устройство, передающее большие мощности тепла. Труба герметизирована, ее наполняет жидкий теплоноситель. Нагреваемая часть трубы – это зона нагрева и испарения жидкого теплоносителя. Охлаждаемая часть трубы – это зона охлаждения и конденсации пара, который приходит из зоны испарения и конденсируется. В зонах испарения и конденсации разная температура, она определяет и разное давление в зонах, что способствует движению пара из зоны испарения в зону конденсации. Внутри тепловой трубы находится капиллярная структура, по ней жидкость возвращается в зону испарения, чему способствует капиллярная разница давлений. Также жидкость может вернуться с помощью силы тяжести или других наружных воздействий. Тепловые трубы, имеющие капиллярную структуру, не зависят от ориентации в поле тяжести, и их используют в условиях невесомости. Отношение плотности тепла, проходящего через тепловую трубу, к снижению температуры на единицу длины тепловой трубы – это эффективная теплопроводность. Она очень высока и доходит до 100 000 000 вт/(м × К), что в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность многих теплопроводящих элементов. Такая высокая теплопроводность тепловых труб и большая надежность в эксплуатации, небольшой вес способствуют очень широкому распространению тепловых труб в различных областях техники и производства – электроники, космической техники, химической промышленности, энергетики.

Тепловой насос

Тепловой насос – устройство, переносящее тепловую энергию теплоотдатчика к теплоприемнику. Теплоотдатчик имеет низкую температуру, теплоприемник имеет высокую температуру. В работе тепловой насос использует внешнюю энергию – электрическую, химическую или механическую. Рабочее тело теплового насоса – жидкость, имеющая низкую температуру кипения (аммиак, фреон).

Тепловой насос имеет большой коэффициент преобразования энергии, так как его теплоприемник принимает тепло еще и от теплоотдатчика, кроме тепла совершаемой работы. Такое преобразование эффективнее по сравнению с прямым превращением механической, химической или электрической энергии в тепло. Но тепловой насос не обладает способностью вырабатывать теплоту и электрическую энергию совместно, что не очень удовлетворяет условиям энергетики. Это снижает возможности применения тепловых насосов. Но при определенных обстоятельствах он эффективен (например, если объект, потребляющий энергию, расположен далеко от ТЭЦ, или в жарком климате для попеременного отопления в холодное время и охлаждения в теплое время года). Применяется в горных районах, где много ГЭС и дешева электрическая энергия.

Тепловой реактор

Тепловой реактор – ядерный реактор, в котором ядра вещества при делении взаимодействуют с тепловыми нейтронами. Тепловые нейтроны образуются при замедлении нейтронов. В активной зоне теплового реактора находится замедлитель – специальное вещество с легкими ядрами, слабо поглощающими нейтроны, это вещество замедляет нейтроны до тепловой энергии. Замедлитель – как правило, это углеводороды, углерод, тяжелая вода, водород, дейтерий, бериллий, окись бериллия, обычная вода, графит. Тепловой реактор работает на ядерном топливе, которым являются изотопы урана и плутония, имеющие большие сечения для захвата нейтронов с малой энергией, это позволяет загружать небольшое количество делящегося вещества. Для использования в качестве топлива природного урана его обогащают изотопом. На поддержание ядерной реакции употребляется, как правило, один нейтрон, остальные не взаимодействуют с ураном – сырьевым материалом, при этом получается вторичное ядерное топливо – плутоний. Свойства замедлителя и количество сырьевого материала определяют, сколько нейтронов будут с ним взаимодействовать. В тепловом реакторе, в котором топливо – уран, сырьевой материал – торий, количество взаимодействующих нейтронов больше количества разделившихся ядер, что позволяет воспроизводить ядерное топливо. Усиление или ослабление процесса деления выполняет регулирующий стержень реактора – это вещество с хорошим поглощением нейтронов (кадмий, редкоземельные элементы, бор или соединения бора – бористая сталь, карбид бора). Изменение концентрации бора, борной кислоты в теплоносителе также регулирует работу теплового реактора. Отношение числа поглощенных в реакторе нейтронов данного и предыдущего поколения называется эффективным коэффициентом размножения. Это основная рабочая характеристика состояния теплового реактора. Газы и жидкости со слабым поглощением нейтронов применяются как теплоносители, отводящие тепло из реактора. Как правило, это гелий, двуокись углерода, органические жидкости, вода обычная или тяжелая, эти вещества эффективно осуществляют теплообмен. Иногда используются и жидкие металлы или соли. Вода в тепловом реакторе, как правило, является и теплоносителем, и замедлителем. Конструкции активной зоны реактора изготовляются из алюминия и циркония, не влияющих на скорость поглощения нейтронов. Современные тепловые реакторы – это наиболее распространенный, основной вид ядерного реактора, имеющий очень широкое распространение в различных отраслях науки и техники. С помощью тепловых реакторов получают электрическую энергию, радиоактивные изотопы, искусственно делящиеся вещества. Тепловые реакторы применяются также для опреснения морской воды, в научных целях при изучении физических процессов или испытаний различных конструкций.

Тепловыделяющий элемент

Тепловыделяющий элемент – основной конструктивный узел ядерного реактора с ядерным топливом, который располагается в активной зоне реактора и в котором идет реакция деления ядер ядерного топлива. Конструкция тепловыделяющего элемента включает герметическую оболочку и сердечник. Сердечник, как правило, бывает металлический, керамический или металлокерамический. Металлический сердечник сделан из плутония, урана, тория или их сплавов с цирконием, алюминием, цинком. Металлокерамический сердечник – это сплав урана и алюминия. Керамический сердечник – это сплав окислов, карбидов. Эти сердечники прочны и не изменяют свои размеры и физические свойства в высокотемпературных условиях и в зоне нейтронного излучения. Вещества, не принимающие участия в делении и воспроизводстве ядерного топлива, являются в таких сердечниках наполнителем. Чаще всего сердечники бывают керамические со спеченной двуокисью урана, они не меняют свою форму и размер и не подвержены деформации при выгорании топлива. Такие сердечники используются в энергетических реакторах на слабообогащенном уране. Герметизирующая оболочка защищает сердечник тепловыделяющего элемента от теплоносителя. Это очень важно, так как недопустимо попадание в теплоноситель продуктов деления, поскольку это может нарушить работу реактора. Поэтому материал, из которого сделана герметизирующая оболочка, имеет высокую термическую, коррозионную, эрозионную стойкость и механическую прочность. Чаще всего герметизирующая оболочка изготавливается из сплавов циркония, алюминия и стали. Выбор материала оболочки зависит от температурного режима реактора. В реакторах с температурой ниже 300 °С оболочка выполнена из сплавов алюминия, в реакторах с температурой до 400 °С – из сплавов циркония, в реакторах с температурой более 400 °С – из нержавеющей стали. Иногда герметизирующая оболочка изготавливается из графита с большой плотностью. Диффузное сцепление между герметизирующей оболочкой и сердечником улучшает теплообмен между ними, но это возможно, если материалы, из которых изготовлены оболочки и сердечник, обладают близкими коэффициентами объемного расширения. Если же их коэффициенты сильно отличаются, то зазор между сердечником и оболочкой заполняют теплопроводящим газом – гелием. Форма сердечника определяет форму тепловыделяющего элемента. Как правило, это цилиндрический стержень, но бывают пластинчатые, трубчатые стержни. В реактор тепловыделяющие элементы помещают собранными в виде блоков, кассет, пакетов. В жидких земедлителях, которые являются и теплоносителями, блоки элементов направляют поток жидкости. При твердых замедлителях блоки элементов располагают в каналах с теплоносителем. Тепловыделяющий элемент способен работать в энергетическом реакторе до нескольких лет.

Теплообменник

Теплообменник – устройство теплопередачи между несколькими теплоносителями или между теплоносителем и поверхностью. Передача тепла – важнейший процесс в теплотехнике. Теплообменники имеют различную конструкцию, которая определяет их принцип действия. Существуют теплообменники-рекуператоры, регенераторы, смесители. Теплообменники-рекуператоры имеют два подвижных теплоносителя, температура которых различна, их разделяет твердая стенка. Процесс теплообмена между ними – это конвективный теплообмен. Подогреватели и парогенераторы – это рекуперативные теплообменники. Рекуператоры бывают змеевиковые, трубчатые, кожухотрубные, пластинчатые. Регенеративные теплообменники – это поверхность нагрева, которую попеременно омывает то холодный, то горячий теплоноситель. Когда происходит контакт поверхности с холодным теплоносителем, то она охлаждается, отдавая тепло, когда осуществляется контакт с горячим теплоносителем, то она нагревается, отбирая тепло. Как правило, такие регенераторы используются в качестве воздухонагревателей доменной печи. Оба вида теплообменников – и рекуператор, и регенератор – поверхностные, так как передача тепла в них идет на поверхности твердого тела. Смесительные теплообменники работают на основе прямого соприкосновения теплоносителей. Существуют также теплообменники, имеющие внутренний источник тепла. В них работает один теплоноситель. В основном это ядерные реакторы, различные электронагреватели. Для правильного выбора теплоносителя осуществляют его тепловой расчет, учитывающий теплопередачу и тепловой баланс. Поверхность теплообмена определяется специальными проектными расчетами. Количество переданной теплоты при заданной поверхности теплообмена и температура теплоносителей определяются поверочными расчетами. Такие теплообменные устройства широко используются в теплотехнике.

Теплофикационная турбина

Теплофикационная турбина – это разновидность паровой турбины.

Теплофикационный котел

Теплофикационный котел – устройство, подающее пар теплофикационным турбинам и одновременно вырабатывающее горячую воду для отопления. Представляет собой котлоагрегат ТЭЦ. Теплофикационный котел работает на воде – возвращенном конденсате. Поэтому котлоагрегат имеет барабанное устройство и ступенчатое испарение. При малой продувке котла вырабатывается чистый пар. Если теплофикационный котел используется для получения отопительной воды, то его работа носит практически сезонный характер. Чтобы не нарушить режима работы, теплофикационные котлы, кроме воды для отопления, вырабатывают пар для турбин. Как правило, производительность пара такого котла – 420 т/ч, давление пара – 14 Мн/м2 при температуре 560 °С.

На современных ТЭЦ используются прямоточные котлы с производительностью пара 550 °С, с давлением более 20 Мн/м2 при температуре более 550 °С. Модификация теплофикационного котла – водогрейный котлоагрегат, подогревающий воду дополнительно, когда в ней возникает необходимость при увеличении тепловой нагрузки, для обеспечения турбины. Сперва воду нагревает пар до температуры 120 °С и после уже котел до 170 °С. Эти дополнительные котлы, как правило, располагаются около здания ТЭЦ, они вырабатывают воду для временного отопления. Водогрейные котлы экономичны и дешевы. Они помогают снять тепловую нагрузку с главных теплофикационных котлов, что увеличивает их эффективность.

Термостат

Термостат – прибор, поддерживающий постоянную температуру при помощи терморегулятора или фазового перехода, которым является, например, кипение воды. Термостат – это сосуд, имеющий надежную защиту от воздействия внешних факторов. Терморегулятор, поддерживающий постоянство температуры, измеряет длину чувствительного элемента, на которую влияет изменение температуры. В приборе поддерживается постоянная температура газа и жидкости, его рабочего вещества, которое этот прибор наполняет. Такую же температуру имеет и изучаемое вещество, находящееся в тепловом контакте с газом и жидкостью термостата. Термостаты имеют инерционные нагреватели, высокоточные терморегуляторы, приспособление, перемешивающее рабочее вещество, что дает уравнивание температур.

Термостаты различаются на жидкостные и газовые. Жидкостные термостаты: рабочее вещество – вода с температурой от 10 до 95 °С, спирт с температурой от 60 до 100 °С, соль или селитра с температурой от 300 до 500 °С. Газовые термостаты, как правило, имеют примерно такие же температурные режимы, но их использование невелико, так как в них не удается достичь хорошего теплового контакта между их рабочим веществом и изучаемым объектом. Термостаты с высокой или низкой температурой дают наибольший теплообмен с окружающим прибор пространством. В этом случае рабочее вещество не используется, и изучаемый объект находится при постоянной температуре без рабочего вещества. Термостаты с высокой температурой (от 300 до 1200 °С) представляют собой электропечь, имеющую терморегулятор. Изучаемый объект находится во время исследования в металлическом блоке. Термостаты с низкой температурой для подвода и отвода тепла снабжены теплопроводящим стержнем. Низкотемпературные термостаты называются криостатами.

Термостат – это система, имеющая свою высокую теплоемкость, и на ее температуру не оказывает воздействия подводимое к системе тепло.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрический генератор – устройство, непосредственно преобразующее тепловую энергию в электрическую. Работа генератора основана на эффекте Зеебека. Суть этого эффекта в том, что появление термоэдс обеспечивает замкнутая цепь из разнородных проводников, имеющая в местах их контактов различные температуры. Если в цепи два разных проводника, то такая цепь называется термопарой, или термоэлементом. Термоэлектрическая способность пары – ее термосила – это коэффициент термоэдс.

Термоэлектрический генератор имеет термобатареи, сделанные из полупроводниковых термоэлементов, которые соединены параллельно или последовательно. Горячие и холодные спаи термобатарей имеют теплообменники.

Термоэлектрические генераторы различаются по температурному интервалу, материалам, из которых сделаны термоэлементы, назначению и использованию, источнику тепла, производимой мощности.

Рабочие температуры термоэлектрических генераторов бывают низкие (20—300 °С), средние (300—600 °C), высокие (600—1000 °C). Материалы, из которых изготовлены термоэлементы, – это, как правило, твердые растворы кремния, германия, а также хальконеды. Источники тепла генератора – изотопы, газ, Солнце. Генератор с солнечным источником тепла называется солнечным термоэлектрогенератором. Существуют модификации термоэлектрогенераторов, имеющие большую мощность до нескольких сотен киловатт. Но их КПД не превышает 15%. Термоэлектрические генераторы имеют очень широкое распространение в различных областях науки и техники.

Они используются и в космических, и в морских, и в наземных приборах. Термоэлектрические генераторы эффективнее обычных турбогенераторов, электромашинных преобразователей тепловой энергии в электрическую. Их преимущества – большая надежность и простота эксплуатации, отсутствие движущихся деталей и устройств, что делает их очень полезными для снабжения электричеством труднодоступных, дальних объектов – пользователей энергии, таких как маяки, навигационные приборы, метеорологические станции, космические аппараты, ретрансляторы, станции антикоррозийной защиты нефтепроводов и газопроводов.

Топка

Топка – устройство, сжигающее органическое топливо, вырабатывающее дымовые газы с высокой температурой. Тепло газов применяется в технологических процессах или же получает дальнейшее преобразование в механическую или электрическую энергию в других установках. Принципиальная конструкция любой топки – это камера, которая наполняется топливом, и окислитель. Топливо бывает различным – жидким, твердым, газообразным. Окислителем, как правило, бывает воздух. Также по устройству бывают котловые или печные топки.

Топка-котел. На ее стенках находятся трубы, по которым циркулирует теплоноситель – пар или вода, и этому теплоносителю отдают теплоту продукты сгорания топки.

Топка-печь. Дымовые газы, находящиеся в рабочем пространстве печи, отдают тепло для обработки изделий или материалов или же для отопительных целей. Дымовые газы имеют предельную температуру горения – это жаропроизводительность топлива. Она зависит от необходимого расхода и избытка воздуха, средней теплоемкости газов. Как правило, температура в топке всегда меньше предельной температуры горения, на это влияет неполное сгорание топлива.

С помощью дополнительного подогрева топлива или воздуха обеспечивают повышение температуры горения. Также воздух обогащают кислородом, что содействует более эффективному горению топлива. Экономичная и эффективная работа топки имеет следующие характеристики: форсировку – тепловое напряжение, площадь сечения или поверхность сгорания топлива, количество теплоты, которое выделяет полное сгорание топлива, тепловое напряжение топочного пространства, объем камеры топки.

Топки различаются по характеру топочного процесса на три группы: слоевые, факельные, вихревые.

Слоевые топки. Эти топки – самые древние устройства, в них сжигается большое количество твердого топлива в слое – торф, антрацит, каменный уголь. Тип конструкции такой топки – неподвижная или цепная решетка.

Факельные топки появились в 1920-е гг. В них сжигается твердое топливо в виде пыли в факельном горении, что дает возможность увеличить производительность топки даже при использовании топлива невысокого качества. Топливо для факельной топки – это бурый уголь, антрацит, мазут, природный газ, фрез-торф, дробленый каменный уголь. Прежде чем поступить в факельную топку, топливо подвергается специальной обработке – его очищают, измельчают, сушат в специальных системах, пылеприготовителях. В факельной топке сжигают, кроме твердого топлива, также и жидкое или газообразное. Газообразное топливо поступает прямо в топку без какой-либо подготовки. Жидкое топливо распыляется форсунками.

Вихревые (циклонные) топки. Появились в 1950-х гг. – это камерные топки, они имеют большую паропроизводительность (более 2000 т/ч). Процесс работы таких топок состоит в полном сгорании мельчайших частиц твердого топлива в камерах-предтопках, в которых действует газовоздушный вихрь. Продукты сгорания вихревой топки имеют температуру меньшую, чем температура плавления шлака. Чтобы не произошло шлакования поверхностей нагрева, стены вихревой топки представляют собой топочные экраны. Продукты сгорания из топки отводятся дымососами или дымовыми трубами. Вентиляторы создают движение дымовых газов при плотном экранировании. Топливо для вихревых топок – это угольная пыль.

Тронковый двигатель

Тронковый двигатель – разновидность двигателя внутреннего сгорания – бескрейцкопфного. Рабочие поверхности его поршня и цилиндра воспринимают боковые усилия, что появляется в его кривошипном механизме. Тронковые двигатели отличаются быстроходностью, их, как правило, имеют автомобили, мотоциклы, тракторы.

Турбина

Турбина – двигатель, преобразующий кинетическую энергию рабочего тела в механическую работу. Турбина представляет собой ротор, совершающий непрерывное вращательное движение. Рабочее тело, подводимое к ротору, – это пар, газ или вода. Турбины бывают стационарными и транспортируемыми. Стационарные турбины используются в турбогенераторах, турбокомпрессорах, турбонасосах. Турбонасосы могут быть топливными, масляными и питательными. Транспортируемые турбины – это паровые или газовые судовые двигатели. Газовые турбины – это также и турбовинтовые, и турбореактивные двигатели самолетов. Некоторые локомотивы или особые автомобили тоже имеют газовые турбодвигатели. На гидроэлектростанциях используются гидравлические турбины, осуществляющие привод тихоходных генераторов электрического тока. Турбины имеют большую мощность: газовые – более 100 МВт, паровые – более 1500 МВт, гидравлические – 600 МВт. Турбины-турбодвигатели обладают надежностью в работе, выработкой большой мощности, экономичностью и широко используются в энергетике.

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор – механическое соединение авиационной газовой турбины и компрессора – турбокомпрессорный двигатель. Также турбокомпрессоры наддувают поршневые двигатели внутреннего сгорания. Турбина вращает компрессор, он увеличивает давление воздуха, который поступает в цилиндры, в турбине расширяются выхлопные газы двигателя. Лопаточный компрессор, подающий или сжимающий газы, бывает осевой или центробежный. По сравнению с поршневым компрессором имеет больший КПД.

Турбокомпрессионный двигатель

Турбокомпрессионный двигатель разделяют на турбовинтовой двигатель и турбореактивный двигатель.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель – двигатель авиационный, газотурбинный. Его воздушный винт вырабатывает основную тягу. Струя газов, которая выходит из реактивного сопла, вырабатывает дополнительную тягу. Конструкция турбовинтового двигателя включает турбины, приводящие компрессор и воздушный винт, осевой компрессор, воздушный винт, воздухозаборник, редуктор, сопло, через которое отводятся газы, камеру сгорания. Действие турбовинтового двигателя состоит в следующем: во время полета воздух попадает в турбовинтовой двигатель и сначала подвергается сжатию в воздухозаборнике, потом в турбокомпрессоре и направляется в камеру сгорания, в камере находится химическое жидкое топливо. Газы, получающиеся при сгорании топлива в турбине, расширяются и еще более расширяются в реактивном сопле. Турбина вращает воздушный винт и компрессор, редуктор выполняет согласование скоростей компрессора и винта. Турбовинтовые двигатели – это основные двигатели дозвуковых самолетов и вертолетов.

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель – двигатель авиационный, газотурбинный. Струя газов, выходящих из его реактивного сопла, вырабатывает тягу. Турбореактивные двигатели – это основные двигатели сверхзвуковых самолетов или подъемные двигатели самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. Конструкция турбовинтового двигателя включает турбину, реактивное сопло, осевой компрессор, воздухозаборник, камеру сгорания и форсажную камеру. Во время полета воздух попадает в турбореактивный двигатель и сначала подвергается сжатию в воздухозаборнике, потом в турбокомпрессоре. Далее он направляется в камеру сгорания, в камере находится химическое жидкое топливо. Турбина вращает компрессор. Газы, получающиеся при сгорании топлива, расширяются в турбине и далее в реактивном сопле. Между реактивным соплом и турбиной находится форсажная камера, в ней дополнительно сжимается топливо, что увеличивает тягу до 40%. Для обеспечения устойчивой работы компрессора и форсажной камеры турбокомпрессор имеет два последовательных каскада, которые механически не связаны.

Турбогенератор

Турбогенератор – генератор, который вращает турбина (паровая или газовая). Турбина тепловой электростанции непосредственно соединена с генератором. Турбогенераторы, как правило, быстроходны, потому что турбины тепловых электростанций имеют большую частоту вращения, которая улучшает их экономические и технические показатели. Самая большая частота вращения турбин – 50 с. Термогенератор – это горизонтально расположенная электромашина. Ротор турбогенератора сделан из высококачественной стали, что обеспечивает большое механическое напряжение ротора. Ротор имеет небольшой диаметр и большую длину, но не более 8 м. На роторе находится обмотка возбуждения, которая уложена в продольные пазы на поверхности ротора. Питание обмотка получает от возбудителя электрических машин. Рабочая обмотка находится на статоре. Конструкция статора турбогенератора включает корпус и сердечник, в котором имеются пазы для обмотки. Сердечник сделан из пакетов с листами электротехнической стали, имеющими слой лака. Обмотка закреплена в пазах клиньями. Сердечник находится в стальном корпусе, который закрыт щитами с торцов. Турбогенераторы на атомной электростанции имеют на роторе две пары полюсов и увеличенный диаметр ротора до 1,8 м и массой около 180 т. Это обусловлено низкими параметрами пара, который вырабатывается в ядерном реакторе. Частота вращения турбины – 25 с. Воздушная система охлаждения используется в турбогенераторах мощностью менее 30 МВт. В турбогенераторах мощностью более 30 МВт вместо воздуха используется водород. Водородный теплоноситель увеличивает отвод тепла с охлаждаемой поверхности, потому что водород имеет большую в несколько раз, чем у воздуха, теплоемкость. Применение водорода увеличивает мощность турбогенератора. На одном валу с турбогенератором находятся вентиляторы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя. В охладителе горячий теплоноситель охлаждается. При мощности более 300 МВт проводники обмотки охлаждаются водородом или дистиллированной водой. В мощных турбогенераторах применяется комбинированное охлаждение: водород охлаждает сердечник статора, вода охлаждает обмотки статора и ротора. Чем больше мощность турбогенератора, тем меньше материала требуется на его изготовление, что удешевляет его стоимость.

Тяжеловодный реактор

Тяжеловодный реактор – тепловой реактор, использующий в качестве замедлителя тяжелую воду, имеющую небольшое сечение поглощения нейтронов. Тяжеловодный реактор способен воспроизводить большое количество ядерного топлива. Теплоносителем в тяжеловодных реакторах, как правило, являются тяжелая вода и также газы – двуокись углерода, водяной пар. Тяжелая вода имеет высокую стоимость из-за сложности ее получения. Поэтому эксплуатация тяжеловодного реактора эффективна при недорогом воспроизводстве тяжелой воды.

Факельная топка

Факельная топка – устройство, сжигающее топливо в факелах. Топливо – угольная пыль, газ или мазут. Факельная топка представляет собой камеру, в которой располагаются горелки для сжигания распыленного топлива. Расположение горелок определяет характер факела. Если горелки расположены на поду или под сводом камеры, то факел не поворачивается. Если горелки расположены горизонтально, то факел может поворачиваться на 90° или 180°. В центре горения температура факела около 2000 °С. На выходе из топки она снижается до 1000 °С. Чтобы предохранить стены топки от слишком интенсивного излучения тепла, их покрывают отражательными экранами. Экраны сделаны из охлаждаемых водой труб или из плавниковых труб. Трубы сварены друг с другом. В первых факельных топках поверхность стен делали из огнеупорных кирпичей. Сейчас это легкая изоляция, расположенная на экранных трубах.

Форсунка

Форсунка – устройство, распыляющее жидкости. Форсунки различаются по характеру распыления и бывают центробежными, вихревыми, струйными, штифтовыми, вращательными, газовыми.

Вещество (жидкость, газ) из форсунки подается или непрерывно, или периодически. Периодическая подача применяется в дизелях. Непрерывная подача используется в газотурбинных, реактивных двигателях, топках. Распыляемое топливо подается под давлением (или сжатым паром, или газом).

В вихревых, центробежных и вращательных распыляемое вещество совершает вращательное движение и выходит как тонкая пленка. В вихревых форсунках распыляемая жидкость приобретает вращательное движение, двигаясь по винтовым каналам. В центробежных форсунках распыляемая жидкость подводится по каналу по касательной относительно камеры и тем самым получает вращательное движение. Во вращательных форсунках сам корпус форсунки совершает вращение и передает его распыляемому веществу. В струйных форсунках жидкость идет через сопла, имеющие цилиндрическую форму. В штифтовых форсунках жидкость подается через плоские и кольцевые щели. Форсунки сообщают потоку распыляемого вещества скорости, при которых жидкость дробится на мелкие капли. В газовых форсунках вместе с жидкостью распыляется и выходит газ. Из вращательных форсунок жидкость выходит с наибольшим углом наклона (около 180°), у струйных угол наклона наименьший (не более 20°). Некоторые форсунки снабжены клапаном, регулирующим количество, начало и конец подачи вещества. Движение клапана совершается под давлением потока жидкости при помощи устройств или же вручную. Форсунки имеют очень широкое распространение в различных областях техники. С их помощью регулируют горение, увлажняют почву или воздух, распыляют растворы удобрений или химикатов.

Хемоядерный реактор

Хемоядерный реактор – ядерный реактор, в котором осуществляются радиационно-химические процессы.

В хемоядерном реакторе с помощью энергии делящихся тяжелых ядер гамма-излучения и нейтронного излучения происходят реакции молекул вещества и ионизация.

Устройство хемоядерных реакторов различается по характеру осуществляемых в нем реакций.

Если реакция идет за счет энергии осколков тяжелых ядер, то происходит омывание реагентом развитой поверхности ядерного топлива.

Если реакция идет с помощью гамма-излучения и нейтронного излучения одновременно, то вещество, подлежащее облучению, помещают в камеру, которую устанавливают в активной зоне.

Если реакция идет только при помощи гамма-излучения, то реакции проводят не в активной зоне, а в радиационном контуре.

Но если радиационно-химические реакции протекают в активной зоне реактора, то продукты этой реакции получают сильное радиоактивное загрязнение, поэтому эти реакторы неэффективны в промышленном применении. Предпочтительнее проведение реакции в радиационном контуре, так как при этом не происходит загрязнение продуктов реакции радиоактивностью.

Хладоноситель

Хладагент (холодильный агент) – рабочее вещество, работающее в холодильной машине, отводящее тепло от охлаждаемого объекта в процессе кипения или расширения, отдающее его в окружающую среду в результате сжатия. Основные рабочие свойства хладоносителей – низкая температура кипения, низкая температура конденсации, низкая температура затвердевания, невысокое давление, высокая теплота парообразования, высокая теплопроводность, малый удельный объем, небольшая теплоемкость. Хладоносители (хладагенты) разделяются на три группы, что зависит от их температуры кипения:

  1) хладагенты высокотемпературные, с температурой кипения более 10 °С;

  2) хладагенты среднетемпературные, с температурой кипения меньше 10 °С;

  3) хладагенты низкотемпературные, с температурой кипения 50 °С.

Самые распространенные хладоносители (хладагенты) – это фреоны, аммиак, углеводороды. Аммиак – среднетемпературный хладагент, имеющий высокие теплофизические свойства и низкую стоимость, но он обладает взрывоопасностью и токсичностью. Фреоны – негорючие хладагенты, используемые во всех температурных группах. Углеводороды (этилен, пропан, этан) – низкотемпературные хладагенты, но они обладают взрывоопасностью. Углеводороды в качестве хладоносителей используются в газовой и нефтяной промышленности, для работы в больших холодильных установках. Хладоносителем может быть и обычная вода. Такой хладоноситель используется в абсорбционных холодильных машинах, которые работают на водном растворе бромистого лития. Газы тоже могут быть хладоносителями. Это водород, азот, гелий, воздух. Они работают в холодильно-газовых машинах.

Холодильная машина

Холодильная машина – машина, отводящая тепло от охлаждаемого объекта с помощью низких температур (от 10 до 50 °С). Принцип работы холодильной машины – это тепловой насос. Он состоит в заборе тепла у охлаждаемого тела и передаче его окружающей среде (например, воздуху или воде, которые обладают температурой более высокой, чем охлаждаемое тело). Основная характеристика холодильной машины – это холодопроизводительность, которая может составлять от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт.

Холодильные машины различаются по характеру работы хладоносителя (ее рабочего вещества) и бывают парокомпрессионными, пароэжекторными, абсорбционными, воздушно-расширительными. Работа холодильной машины основана на совершении ее хладагентом холодильного цикла – обратного круговорота термодинамического процесса. Парокомпрессионные, пароэжекторные и абсорбционные машины осуществляют охлаждение тела за счет кипения жидкостей, имеющих низкую температуру кипения. Воздушно-расширительные холодильные машины охлаждают тело при помощи расширения сжатого воздуха в специальном устройстве – детандере. Способ длительного хранения продуктов или других веществ при помощи их охлаждения, т. е. в охлажденном виде, был известен давно, и это способствовало созданию таких холодильных устройств. Но произошло это только с общим ростом машиностроения в XIX в. Самые первые холодильные машины появились в 1810 г. в Великобритании – конструктор Дж. Лесли; в 1850 г. во Франции – конструктор Ф. Карре; в 1878 г. в Германии – конструктор Ф. Виндхаузен. Самая первая машина была абсорбционная, созданная в начале XIX в., и уже во второй половине XIX в. была построена парокомпрессионная холодильная машина.

Парокомпрессионные холодильные машины

Конструкция включает компрессор, испаритель, конденсатор, теплообменник, терморегулирующий вентиль (дроссель), соединенные между собой трубопроводом. Трубопровод имеет запорную, предохранительную и регулирующую арматуру. По принципу действия различают следующие компрессоры: поршневые, турбокомпрессионные, ротационные, винтовые.

Парокомпрессионные холодильные машины – самые универсальные и распространенные, все их устройства и части обладают высокой герметичностью. Принцип их работы основан на замкнутом цикле, который выполняет циркулирующий хладагент. Кипение хладагента осуществляется в испарителе при низкой температуре, при этом отводится тепло от охлаждаемого тела, образуется пар, который компрессор отсасывает, сжимает и далее направляет в конденсатор. При конденсации пара образуется жидкость – хладагент, направляющийся через терморегулирующий вентиль и снова возвращающийся в испаритель для начала нового цикла. Чтобы получить низкие температуры (ниже 30 °С), применяют холодильные машины с многоступенчатым (или каскадным) устройством. Многоступенчатые машины имеют несколько ступеней охлаждения для последовательного сжатия пара. Каскадные машины – это последовательность нескольких холодильных машин, они вырабатывают низкую температуру кипения (150 °С).

Пароэжекторные холодильные машины

Конструкция включает эжектор, испаритель, конденсатор, насос, терморегулирующий вентиль. Источник энергии в этих машинах – пар, давление которого 0,3—1 Мн/м2 (3—10 кгс/см2). Хладагент – вода. В эжекторе расширяется пар, поступающий через сопло эжектора, это понижает давление в испарителе и охлаждает воду. Пар из испарителя и из эжектора идет в конденсатор и преобразуется в жидкость с отдачей тепла в окружающую среду.

Абсорбционные холодильные машины

Конструкция включает абсорбер, испаритель, конденсатор, кипятильник, насос, терморегулирующий вентиль. Рабочее вещество – бинарные растворы, кипящие при разной температуре. Раствор с более высокой температурой кипения – абсорбент, раствор с более низкой температурой кипения – хладагент.

Если температуры от 0 до 45 °С, то рабочее вещество – раствор аммиака. Хладагент – аммиак. Если температуры больше 0 °С, то рабочее вещество – водный раствор бромида лития. Хладагент – вода. Хладагент испаряется, отводя тепло от охлаждаемого тела, и пар впитывает абсорбер. Концентрированный раствор, образованный при этом, насос откачивает в кипятильник, где хладагент испаряется. Абсорбционные машины эффективно используются на объектах с вторичными энергоресурсами: отработанными водой, газами, паром. Воздушно-расширительные холодильные машины – это холодильногазовые машины с температурами 80 °С. Хладагент – воздух с различным давлением. Но эффективность воздушно-расширительных машин ниже, чем у парокомпрессионных.

Раздел 10. Электротехника

Автономный источник электропитания

Автономный источник электропитания – это источник, обеспечивающий электрической энергией все системы и устройства, которые не связаны с линиями электропередачи. Данный автономный источник может быть конструктивно объединен с первичными элементами или аккумуляторами, а также может быть выносного типа в виде передвижной электростанции или электропоезда.

Такие генераторы предназначены для обеспечения питания радиоэлектронной аппаратуры при работе на объектах, где отсутствуют стандартные источники электроэнергии.

Автотрансформатор

Автотрансформатор – это электромагнитное устройство для преобразования величин токов и напряжений без изменения мощности, частоты. Различают однофазные и трехфазные автотрансформаторы. Такой трансформатор имеет вторичную обмотку, продолжающую первичную. То есть в отличие от других типов трансформаторов, автотрансформатор имеет только одну обмотку, часть которой принадлежит одновременно вторичной и первичной цепям.

Автотрансформаторы используются в электротехнических установках в тех случаях, когда коэффициент трансформации близок к единице. Автотрансформатор используется при передаче электроэнергии, когда требуется соединить через трансформатор электрические цепи, отношение номинальных напряжений которых не превышает 2, например цепи высокого напряжения 110 и 220 кВ. В этих случаях экономически выгоднее вместо трансформатора применить автотрансформатор, так как его КПД выше, а размеры меньше, чем у трансформатора той же номинальной мощности.

Автотрансформаторы нельзя применять для питания распределительной сети 220 В от сети высокого напряжения 6000 В, при таком автотрансформаторе не только пришлось бы рассчитать изоляцию распределительной сети на 6000 В, что чрезвычайно увеличило бы ее стоимость, но и пользоваться такой распределительной сетью было бы опасно для жизни.

Обмотки трехфазных автотрансформаторов обычно соединяются звездой с выведенной нейтральной точкой или без нее.

Устройство автотрансформатора

На концы обмотки подводится напряжение V1. Обмотка благодаря отводу делится на две части, где ее часть является вторичной или понижающей обмоткой, к чему и присоединяется потребитель электрической энергии. Отношение напряжений V1 и V2 пропорционально отношению витков W1 и W2. При больших отношениях W1 и W2 экономия при изготовлении автотрансформатора меди и железа делается минимальной.

Недостатки автотрансформатора

Недостаток автотрансформатора заключается в том, что первичная и вторичная обмотки соединены, так как это может быть опасным при перепадах напряжения.

Применение автотрансформаторов

Применяют при пуске электродвигателей переменного тока, а также для релейной защиты.

Адаптер

Адаптер – это электромагнитный прибор для воспроизведения звуковой записи с помощью механических колебаний движения в электрическом напряжении посредством электромагнитного и пьезоэлектрического преобразования. Так как в переводе с английского языка слово адаптер означает «приспособление», то такое название имеют также добавочные кассеты к фотоаппарату и устройства для присоединения к фотокамере объективов с нестандартным креплением.

Аккумулятор

Аккумулятор (от лат. accumulator – «собиратель») означает устройство, используемое с целью накопления энергии для ее последующего применения. Существует несколько разновидностей аккумуляторов.

В основе действия электрического аккумулятора лежит преобразование электрической энергии в химическую, причем подобный вид аккумуляторов впоследствии обеспечивает и обратное превращение – преобразует химическую энергию в электрическую. Химические источники электрического тока в подобных аккумуляторах обычно многоразового пользования, и восстановление их работоспособности традиционно осуществляется путем заряда. Заряд – это пропускание электрического тока в направлении, которое обратно направлению движения тока при разряде.

Впервые опыт по созданию электрического аккумулятора был проведен в начале XIX в. В. В. Петровым и И. Риттером. Огромный вклад в изучение свойств, разработку и совершенствование конструкции аккумуляторов внесли русские ученые Э. Х. Ленц, Д. А. Лачинов, Е. П. Тверитинов, Н. Н. Бенардос, П. Н. Яблочков, М. П. Авенариус, а также английский физик У. Гров, француз Г. Планте и другие ученые. Приведем статистику: в мировой практике лишь по одному свинцовому аккумулятору уже к 1937 г. было зарегистрировано около двадцати тысяч патентов. А в 1900 г. Т. А. Эдисоном был изобретен аккумулятор щелочного типа, который получил довольно широкое распространение.

В состав электрического аккумулятора входят два электрода, которые погружены в раствор электролита, при этом разность потенциалов между электродами будет составлять электродвижущую силу аккумулятора. Важно отметить, что химическая энергия преобразуется в электрическую только тогда, когда электрическая цепь замкнута на основе химической, т. е. токообразующей реакции.

Более распространены электрические аккумуляторы, которые в зависимости от электрохимической схемы подразделяются на свинцовые (или кислотные), кадмиево-никелевые (т. е. щелочные) и железо-никелевые (тоже щелочные), существуют также серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Характеризуются аккумуляторы прежде всего сроком службы, т. е. числом возможно осуществимых циклов «заряд – разряд», которые могут быть проведены без ощутимого падения характеристик. Работа аккумуляторов характеризуется и электрическим зарядом (для описания этой характеристики широко используется термин «емкость»), т. е. то количество электричества в единицах измерения – кулонах, килокулонах или же ампер-часах, которое аккумулятор способен отдать при разряде. Еще одна характеристика – это среднее напряжение в вольтах во время заряда и разряда, а также удельная энергия в джоулях, килоджоулях либо в ваттах в час, которая снимается при разряде с одного килограмма массы либо с одного кубического дециметра объема, отдача по энергии, т. е. коэффициент полезного действия (1 А/ч – 3600 Кл, 1 Вт/ч – 3600 Дж).

Электрический аккумулятор нашел широкое применение. Например, его используют на транспорте в качестве автономного источника электроэнергии. Применяются электрические аккумуляторы на автомобильном транспорте, в авиации, средствах связи.

К примеру, на электрических станциях, телеграфных или телефонных узлах связи традиционно используют стартерные аккумуляторные батареи разновидности 6СТ-68ЭМС либо 6ТСТ-120ЭМС, а также стационарные аккумуляторы СН-1, СН-З. В авиации и средствах связи, как и в электротранспортных машинах и на космических аппаратах, используют аккумуляторы второго типа, их используют и с целью питания переносной аппаратуры.

Применение тяговых аккумуляторов ТНЖ-ЗООВМ имеет место прежде всего на электропогрузчиках или электроштабелерах, а герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов КНГМ-10Д – для шахтного светильника.

КНГ-1Д используют в протезах с биоэлектрическим управлением, а использование КНГЦ-ЗД, дисковых аккумуляторов и батарей Д-0,06, Д-0,25 или 7Д-0,1 имеет место, когда требуется питание для малогабаритного радиоприемника, электрического фонаря, слухового аппарата, фотовспышки и т. д. Что же касается аккумуляторов третьей и четвертой групп, то они находят применение как в авиации и средствах связи, так и в киносъемочной аппаратуре. Еще один вид аккумуляторов – гидравлические, или пневматические.

Аккумуляторы, которые действуют за счет накопления жидкости (или, соответственно, газа – в пневматическом аккумуляторе), которая поступает от насоса (или, соответственно, компрессора) и отдается во время наибольшего расхода. Используются гидравлические (пневматические) аккумуляторы для того, чтобы выравнивать давление или расход жидкостей (либо газов) при работе гидравлических или пневматических установок.

Гидравлические аккумуляторы используются с целью выравнивания давления, а также расхода жидкостей и газов внутри гидравлических установок. При этом выделяют в этой группе аккумуляторы грузовые, воздушные, а также поршневые и беспоршневые. Применение гидравлических аккумуляторов оправданно прежде всего при наличии систем с резко переменными расходами жидкостей или газов. Действие гидравлического аккумулятора основано на том, что во время уменьшения потребления аккумулятор способен накапливать жидкость (или, соответственно, газ), которая поступает от насоса (или компрессора), и отдавать ее в момент наибольшего расхода. В составе системы имеется резервуар цилиндрической формы, внутри которого находится перемещающийся поршень. В этот резервуар под давлением нагнетается жидкость, давление создается и поддерживается на постоянном уровне благодаря действию извне на поршень какого-либо груза, воздуха из подключенной к данной установке пневмосети и т. д.

В беспоршневых аккумуляторных системах давление создается и удерживается на одном уровне благодаря действию давления внутри пневмосети, которая непосредственно соединена с резервуаром аккумулятора, при этом давление воздуха равняется давлению жидкости.

Разновидностью гидравлических аккумуляторов являются пневматические варианты, которые используются с целью уменьшения колебания давления воздуха, предварительно сжатого, внутри пневматической сети. Применение гидравлические аккумуляторы нашли в крупной пневматической сети, на ветроэлектростанции и т. д. Гидравлические аккумуляторы, по сути, являют собой резервуар, который включен в воздуховод и снабжен предохраняющим его клапаном, с помощью которого регулируется заданное предельное давление.

Широко применяются и тепловые аккумуляторы, запасающие тепловую энергию, которая затем расходуется при покрытии пиков тепловых нагрузок. Происходит это в основном при повышении давления пара внутри котла. Тепловые аккумуляторы служат для накопления тепловой энергии, чтобы выровнять тепловую и силовую нагрузку и устранить перебои снабжения паром и энергией в промышленных установках. Наконец, имеется еще один тип аккумуляторов – инерционные аккумуляторы, в которых происходит преобразование работы внешних сил в другой вид энергии – кинетическую. Чаще всего таким аккумулятором служит вращающийся маховик. Вообще инерционные аккумуляторы представляют собой движущиеся тела, количество движений которых значительно больше количества движений внешних сил, воздействующие на эти тела. Более часто в роли инерционных аккумуляторов используют вращающиеся маховики – к примеру инерционный двигатель, который получил распространение в производстве детских игрушек.

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея – это электрическая гальваническая система, способная накапливать химическую энергию и отдавать ее в виде электрической энергии во внешнюю цепь.

История создания аккумуляторной батареи

Впервые о создании аккумуляторов и аккумуляторных батарей заговорил в начале XIX в. В. В. Петров. Позже Х. Д. Гротгус и Э. Х. Ленц изучили зависимость величины гальванической поляризации от силы зарядного тока, который возрастал до некоторых пределов. Установленные законы поляризации играли большую роль в развитии электротехники. В 1839 г. англичанин Гров построил для использования поляризационных токов первый аккумулятор. В 1860 г. французский физик У. Гастон Планте и русский физик В. С. Якоби впервые применили свинцовые пластины и показали аккумулятор с электролитом из раствора серной кислоты, но данные аккумуляторы были непрочными.

После создания электрических генераторов для заряда аккумуляторов начали использовать энергию топлива или воды. Это дало возможность апробировать аккумуляторные батареи на созданных небольших электрических станциях, а также для применения в сухопутном и морском транспорте. В 1881 г. К. Фор предложил крепление аккумулятора в виде слоя сурика на свинцовой пластине с помощью войлока и пергамента. Но данные батареи были очень малой емкости. В этот же период Е. П. Тверетиновым в Кронштадте был создан аккумулятор, работающий на растворе серной кислоты с использованием свинцовых решеток. Данный аккумулятор получил широкое распространение на всех военно-морских судах начала XX в. В 1880-е гг. Н. Н. Бенардос изготовил буферную аккумуляторную батарею для конструкции нового аппарата, помогающего проводить сварочные работы. В начале XX в. в Санкт-Петербурге на заводе фирмы «Тюдор» начинается серийное производство аккумуляторов. В 1900 г. Т. А. Эдисон создал аккумуляторные батареи щелочного типа. В России работы советских конструкторов всегда были направлены на создание аккумуляторов для аккумуляторных батарей силового назначения, а также для транспорта, связи и осветительных целей. Иногда выделяют несколько видов аккумуляторных батарей. Это батареи, состоящие из аккумуляторов тепла, гидравлических аккумуляторов или торфяных.

В состав аккумуляторной батареи входят три основные составляющие: положительный электрод, отрицательный электрод и электролит. Электроды в аккумуляторной батарее погружены в электролит. Причем электроды должны быть разными металлами, так как только в этом случае создается разность потенциалов, необходимая для появления электродвижущей силы.

Принцип работы аккумуляторной батареи

От электрода в электролит переходят ионы металла электрода для уравновешения энергетического состояния. В результате такого перехода на электроде образуются свободные электроны, заряженные отрицательно. Положительные ионы, отошедшие от электрода, притягиваются другим электродом. Результатом всех этих изменений является создание разности зарядов у электродов. Сам процесс продолжается вплоть до того, как будет уравновешено электрохимическое состояние в аккумуляторной батарее.

Технические характеристики аккумуляторной батареи

К таковым относятся емкость, которая измеряется в ампер-часах, среднее напряжение, измеряемое в вольтах, удельная энергия, измеряемая в ваттах-часах/килограмм (дм3), отдача по емкости, отдача по энергии.

Емкость – это такое количество электроэнергии, которую способна передать в цепь, к которой она присоединена, аккумуляторная батарея. Удельная энергия – это количество энергии, которое снимается в результате разряда с одного килограмма массы и 1 дм3 объема аккумуляторной батареи. Отдача по емкости – это отношение количества электричества, сообщенного аккумуляторной батарее, к количеству электричества, которое должна передать эта аккумуляторная батарея в цепь.

Для получения аккумуляторной батареи, с помощью которой получают источник тока необходимого напряжения, нужно соединить необходимое число аккумуляторов. Существуют стационарные и переносные аккумуляторные батареи. К стационарному типу относятся батареи, применяемые на телефонных станциях, телеграфах.

Переносные батареи подразделяются на стартерные, тяговые, фонарные и радиогруппы. По применению различных веществ электродов и электролитов аккумуляторные батареи делятся на свинцово-кислотные, кадмиево-никелевые и железо-никелевые системы. Кадмиево-никелевая и железо-никелевая чаще всего называются щелочными.

Свинцовые аккумуляторные батареи в положительном электроде имеют двуокись свинца, а в отрицательном электроде – губчато-металлический свинец. Электролитом является раствор серной кислоты H2SO4 с удельным весом 1,18—1,29. При разряде данной батареи количество серной кислоты уменьшается, что приводит к образованию воды. При заряде вода расходуется, а количество серной кислоты в электролите увеличивается, поэтому напряжение аккумуляторной батареи зависит от концентрации серной кислоты. При нормальных режимах работы среднеразрядное напряжение составляет 1,98 V, а среднезарядное напряжение 2,4 V. Для свинцовых аккумуляторных батарей электроды готовятся вмазыванием пасты, состоящей из окислов свинца, серной кислоты и воды, в свинцово-сурьмяную пастированную пластину. Данная пластина с обеих сторон закрывается перфорированным свинцовым листом.

Кадмиево-никелевая аккумуляторная батарея имеет в положительном электроде смесь окисла никеля с графитом, а в отрицательном электроде – губчатый металлический кадмий в смеси с губчатым железом. Электролитом для них служит едкий калий или едкий натр с удельным весом 1,2 с добавкой гидроокиси лития. Концентрация электролита при работе данной батареи не меняется, так как не происходит участия кадмия в химической реакции. Среднее разрядное напряжение 1,23 V, а среднее зарядное напряжение – 1,65 V.

Железо-никелевые аккумуляторные батареи имеют положительный электрод в виде смеси окисла никеля с графитом, а отрицательный электрод – в виде мелкого порошка железа.

Данная батарея имеет большой саморазряд, что приводит при изменении температуры и в период бездействия к потере емкости. Это делает железоникелевые аккумуляторные батареи дешевыми по себестоимости и с большим сроком службы по сравнению с другими аккумуляторными батареями. Дальнейшие перспективы развития железоникелевых аккумуляторных батарей состоят в разрешении проблем способности работать в широких временном и температурном режимах при минимальных нагрузках.

Ампер-весы

Ампер-весы – это токовые весы, т. е. это прибор, воспроизводящий единицу силы электрического тока, которая определяется по силе взаимодействия двух проводников. Данные проводники выполнены в виде соленоидов, уравновешивающихся весом гирь. При этом I = (mg / k)1/2.

Амперметр

Амперметр – это электроизмерительный прибор для измерения силы электрического тока, который проходит по двум проводникам бесконечной длины и малой площади поперечного сечения, измеряемый в амперах (А).

Амперметр.

В соответствии с пределами измерений различают килоамперметры, миллиамперметры, микроамперметры и наноамперметры. Под действием тока подвижная часть амперметра поворачивается, так как угол поворота связанной с ней стрелки пропорционален силе тока. В электрическую цепь включается последовательно, так как является электрическим измерительным прибором.

В соответствии с измеряемым параметром различают амперметры амплитудного значения (пиковые), среднего, средневыпрямленного и эффективного значений.

Амперметрами магнитоэлектрической системы измеряют постоянный ток и среднее значение переменного тока. Эти амперметры можно также использовать для измерения амплитуды тока в диапазоне инфранизких частот. Для измерения средневыпрямленного значения тока используют амперметры выпрямительной системы. Амперметры средневыпрямленного значения применяют для измерений в звуковом диапазоне частот. Для измерения эффективного значения тока предназначены амперметры термоэлектрической системы, состоящие из термопары, подогреваемой измеряемым током. Амперметры термоэлектрической системы сохраняют свою работоспособность в широком диапазоне частот – до нескольких сотен мегагерц. Нижняя граница частотного диапазона амперметров средневыпрямленного значения обусловлена инерционностью подвижной части магнитоэлектрического прибора. Это явление наступает на частотах, меньших 10—30 Гц. В рабочем диапазоне частот погрешность промышленных образцов амперметров средневыпрямленного значения составляет 1,5—3%.

Амперметры эффективного значения обычно строятся на основе термоэлектрических преобразователей. Шкалу прибора, измеряющего термо-ЭДС, градуируют в эффективных значениях тока. Амперметры эффективного значения применяются только на низких частотах, поскольку цепь измерителя ЭДС связана с цепью измеряемого тока.

Асинхронная муфта

Асинхронная муфта – это тип муфты, применяемой для плавного соединения ведущего и ведомого валов.

Применение асинхронной муфты

Асинхронная муфта используется в судах и тепловозах. Она сцепляет вал двигателя внутреннего сгорания с валом движущего механизма.

Конструкция асинхронной муфты

Асинхронная муфта состоит из нескольких частей. Внутренняя представляет собой короткозамкнутый ротор. Именно эта часть асинхронной муфты приводится в движение двигателем. Ротор, в свою очередь, покрыт многополюсной системой электромагнитов.

Асинхронная муфта работает на основе того, что мощность, которая передается асинхронной муфтой, пропорциональна скольжению. Величина скольжения может быть регулируема при помощи изменения тока возбуждения.

Асинхронная муфта выделяется среди остальных типов муфт высокими эксплуатационными качествами, дешевизной и плавностью работы. Также асинхронная муфта имеет защиту от перегрузок.

Асинхронная электрическая машина

Асинхронная электрическая машина – это разновидность электрической машины, скорость вращения ротора которой может изменяться в связи с изменением нагрузок. (В этом, кстати, и состоит ее отличие от синхронных электрических машин.)

В 1888 г. русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создал первый трехфазный асинхронный генератор и основанную на его принципах работы первую асинхронную электрическую машину. Год спустя Доливо-Добровольский создал короткозамкнутую асинхронную электрическую машину. С тех пор асинхронные электрические машины постепенно улучшались, в них вносились какие-либо усовершенствования, но основные черты до сих пор сохраняются в том же виде, в каком они были разработаны и предложены М. О. Доливо-Добровольским.

Асинхронные электрические машины в основном используются как двигатель. Имеет место использование асинхронных электрических машин в качестве генератора, преобразователя частоты, фаз, напряжения и т. д. Чаще всего применяют трехфазные асинхронные электрические машины. Широкое применение асинхронные электрические машины получили благодаря надежности, дешевизне, высоким эксплуатационным качествам и простоте использования.

Основы действия асинхронной электрической машины состоят во взаимодействии магнитного поля с током. Магнитное поле при этом должно вращаться. Магнитное поле создается трехфазным током.

Состав асинхронных электрических машин может быть различным. При этом все зависит от области применения данной машины. Но есть и общие элементы, к которым относятся статор и ротор. Ротор – движущийся элемент этой конструкции, а статор – неподвижный. И тот и другой чаще всего изготовляются из листовой 0,5-мм стали, покрытой лаком для снижения потерь от вихревых токов. Также в листах выпечатываются проемы для обмотки. Статор и ротор между собой разделены воздушным зазором, толщина которого равна приблизительно 0,25 мм. При росте зазора падают эксплуатационные качества асинхронной электрической машины. Скорость асинхронной машины регулируется при помощи реостата в цепи ротора и встречается в промышленных установках. Другими способами регулирования скорости являются изменение числа пар полюсов, изменение частоты питающего тока и каскадное включение нескольких машин. Плавное регулирование скорости вращения осуществляется при плавном изменении частоты тока от иного генератора. Одним из главных факторов, которые характеризуют механические свойства асинхронных двигателей, является его перегрузочная способность. Важным эксплуатационным показателем для асинхронного двигателя является произведение его коэффициента полезного действия на коэффициент мощности. Сравнение рабочих и пусковых свойств трехфазных асинхронных двигателей с одинаковыми статорами, но разными роторами можно пронаблюдать по данным показателям:

Ротор с круглыми пазами – при номинальном КПД = 0,907 обладает номинальным коэффициентом мощности 0,925.

Ротор с глубокими пазами – при номинальном КПД = 0,897 обладает номинальным коэффициентом мощности 0,86.

Ротор с двойной клеткой – при номинальном КПД = 0,896 обладает номинальным коэффициентом мощностью 0,85.

Видно, что при увеличении кратности пускового механизма, меняется кратность пускового тока. Перемена направления вращения асинхронного двигателя осуществляется путем переключения двух фаз обмотки статора, когда двигатель сначала вращается против поля и тормозит ротор. При малой скорости двигатель необходимо отключать от сети, чтобы после его остановки он не начал вращаться в обратном направлении. Если двигатель внешних сил увеличивает скорость вращения ротора выше синхронной, двигатель переходит в режим генераторной работы, возвращая энергию в общую сеть.

Асинхронный генератор

Асинхронный генератор – это особый тип генераторов, основой действия которого является преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию переменного тока. Относится к генераторам переменного тока.

Асинхронный генератор переменного тока как бесколлекторный, так и коллекторный мало распространен. Асинхронный бесколлекторный генератор представляет собой асинхронную электрическую машину, ротор которой движется быстрее магнитного поля. Это меняет активность тока в цепи ротора и направление активного тока статора. Если ротор вращается медленнее поля, асинхронная машина потребляет из сети активную мощность. В генераторном режиме при вращении ротора быстрее поля активная мощность направляется в сеть. Поэтому при увеличении скорости вращения ротора возрастает мощность генератора. Возбуждение асинхронного генератора реактивным переменным током осуществляется за счет сети, которая располагает источником реактивной мощности в виде синхронной машины или статического конденсатора.

В коллекторных асинхронных генераторах возбуждение магнитного поля происходит благодаря переменному току заданной частоты и фазы, в результате чего на щетках коллектора возникают те же частота и фаза. Амплитуда частоты и фазы пропорциональна амплитуде магнитного потока возбуждения и скорости вращения якоря. Асинхронные генераторы переменного тока находят применение в системе рекуперации энергии и в установках электропривода с широким изменением числа оборотов.

Асинхронные генераторы использовались в советский период в России в тепловых и гидроэлектрических станциях.

Асинхронный электродвигатель

Асинхронный электродвигатель – электродвигатель, имеющий короткозамкнутую обмотку.

Конструкция, принцип действия

Асинхронные электродвигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Основой конструкции является неподвижная часть, именуемая статором, и вращающаяся часть, называемая ротором, в статоре размещается обмотка, создающая магнитное поле. В пазах ротора размещены алюминиевые или медные стержни, замкнутые по торцам алюминиевыми или медными кольцами. Для уменьшения потери на вихревые токи статор и ротор набирают из листов электротехнической стали. Асинхронные электродвигатели различаются по типу ротора. Есть электродвигатели с короткозамкнутым и фазным роторами. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз объединены в общую точку, а начала фаз выведены к трем контактным кольцам, которые размещаются на валу. На кольца крепятся неподвижные контактные щетки, к которым подключают пусковой реостат. При запуске двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля. Ротор вращается асинхронно, т. е. частота вращения его меньше частоты вращения поля статора. Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением. Обмотка, создающая вращающееся магнитное поле, размещается в статоре. Скольжение никогда не равняется нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекращается наведение токов в роторе и, следовательно, в этом случае отсутствует электромагнитный вращающий момент. Если скольжение заторможенного двигателя равно единице, двигатель работает в режиме короткого замыкания. Если скольжение ненагруженного двигателя равно 0, то двигатель работает в режиме холостого хода. Асинхронный электродвигатель может работать в режиме генератора. Для этого его ротор необходимо вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора. Асинхронный электродвигатель также может работать в режиме электромашинного тормоза. Для этого необходимо его ротор также вращать в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля статора. Асинхронный электродвигатель может работать как трансформатор. Но, как правило, асинхронные электродвигатели используются в режиме двигателя. Асинхронный электродвигатель является наиболее распространенным в промышленности типом двигателя, так как частота вращения поля в асинхронном двигателе жестко связана с частотой сети f1 = 50 Гц и числом пар полюсов статора. К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести трудность регулирования их частоты вращения. Чтобы изменить направление вращения электродвигателя на противоположное, необходимо поменять местами две фазы, т. е. поменять местами два любых линейных провода, подходящих к обмотке статора двигателя. Широкое применение нашли однофазные электродвигатели. Такие электродвигатели имеет одну обмотку, расположенную на статоре. Обмотка однофазная, питаемая переменным током, создает пульсирующее магнитное поле. Двигатель будет работать устойчиво, если раскрутить ротор сторонней механической силой в любую сторону.

Башмак (технический)

Башмак – тормозная металлическая полоса длиной до 500 мм с приваренными к ней двумя бортами, регулирующая скорость скатывания вагонов с сортировочной железнодорожной горки.

В электротехнике башмаком называется наконечник, соединяющий электрический кабель с клеммами. Стальной наконечник помогает деревянным сваям легко войти в грунт. Опора служит для установки и выверки машин.

Бесконтактная аппаратура

Бесконтактная аппаратура – это специальная аппаратура электротехнических и электронных устройств с электрической цепью, способной преобразовывать ток или его напряжение без механического разрыва цепей.

Бесконтактную систему зажигания составляют катушка, коммутатор, датчик-распределитель зажигания, свечи и провода низкого и высокого напряжения. В электромеханике бесконтактной аппаратурой называют систему автоматического управления, являющуюся надежной и пожаробезопасной. Также к бесконтактной аппаратуре относятся магнитные усилители и другие устройства, включающие управляемый элемент последовательно с нагрузкой. Преимущественно бесконтактной электрической аппаратурой является слаботочная аппаратура в сенсорных переключателях телевизионных каналов, в регулировании скорости, в динамическом торможении двигателей.

Бобина

1. В текстильной промышленности – это разновидность паковки намотанной нити, основным отличием которой от обычной катушки является отсутствие фланцев.

  2. В горнодобывающей промышленности – это особый тип барабана, используемый для навивки плоского каната в подъемных машинах.

  3. В электротехнике – это специальный прибор батарейного зажигания, используемый для двигателей внутреннего сгорания и для других устройств, трансформирующих ток низкого напряжения в ток высокого напряжения (с 6—12 до 5—15 тыс. В).

Бумажный конденсатор

Бумажный конденсатор – это электрический конденсатор, состоящий из двух проводников-обкладок, разделенных пропитанным жидким масляным или соволовым диэлектриком, который используется в технике сильных токов и высоких напряжений для увеличения cos a. Высокий tg b позволяет применять бумажные конденсаторы в том случае, если частота не превышает 104 Гц. В радиотехнике бумажные конденсаторы могут применяться в цепях не только высокой, но и низкой частоты. А в телефонной, радиоприемной аппаратуре и автотракторной технике бумажный конденсатор пропитывается твердым расплавленным диэлектриком церезином и хлорнафталином. Большую удельную емкость и хорошие свойства электроизоляции имеют герметизированные металлобумажные конденсаторы, в которых обкладками вместо фольги служат металлические слои, нанесенные на бумагу вакуумным распылителем. Конденсаторная бумага изготавливается из льноволокна или сульфатной древесной целлюлозы без применения каких бы то ни было клеев, наполнителей и красителей. Данная бумага выпускается толщиной от 7 до 30 мм, в катушках шириной от 19 до 750 мм. Бумага для бумажных конденсаторов должна выдерживать повышенные требования в отношении недопустимости металлических вкраплений, механических загрязнений, пятен, морщин, складок, надрывов, проколов. С точки зрения физико-химических свойств не допускается щелочность, содержание хлоридов, сульфатов и железа, влажность не должна превышать 8%. Разрывное усилие конденсаторной бумаги шириной 15 мм должно быть не менее 1 кг, а пробивное напряжение переменным электрическим током частотой 50 Гц – не менее 275 В. Если для изготовления бумажного конденсатора требуется повышенная пожарная безопасность и взрывобезопасность, пропитка бумаги осуществляется только синтетической жидкостью – соволом. Реже применяется конденсаторное минеральное изоляционное масло повышенной степени очистки, которое должно соблюдать основные технические требования. К данным требованиям относятся плотность при 20 °С не более 0,896 г/мл; температура вспышки паров не ниже 135 °С; температура застывания не выше -45 °С; кислотное число не более 0,02 мг едкого калия на 1 г; зольность не более 0,0015%; пробивное электрическое напряжение не менее 50 кВт.

Ван-Де-Граафа генератор

Ван-де-Граафа генератор – это электростатический генератор постоянного высокого напряжения, до 20 МВ с допустимой силой тока до 1 МА, используемый в линейных ускорителях и слаботочной высоковольтной технике. Данный генератор назван в честь американского физика Р. Дж. Ван-де-Граафа.

Ван-де-Граафа электростатический генератор – устройство, в котором напряжение создается при помощи механического переноса электрических зарядов механическим транспортером. Для переноса электрических зарядов в генераторе используется гибкий транспортер из диэлектрической ленты.

Варикап

Варикап – конденсатор, имеющий вид полупроводникового диода, емкость которого нелинейно зависит от воздействующего на него электрического напряжения. Данная емкость является барьерной емкостью электронно-дырочного перехода и меняется от единиц до сотен пФ (у отдельных варикапов до 3—4 раз) при перемене обратного (отрицательного знака) напряжения на несколько десятков вольт. Варикап является высокодобротным (имеет малые потери электрической энергии), обладает малым температурным коэффициентом емкости, независимостью от частоты в широком диапазоне частот, стабильностью параметров с течением времени. Варикапы производят на основе арсенида галлия, германия, кремния. В радиоэлектронных приборах свойство нелинейности изменения емкости варикапа используют для умножения частоты, получения параметрического усиления и др., а вероятность электрического управления значением емкости – для неинерционной и дистанционной перестройки резонансной частоты колебательного контура и пр.

Вариконд

Вариконд – сегнетокерамический конденсатор, имеющий резко выраженную нелинейную зависимость емкости от воздействующего на него напряжения.

С увеличением напряжения диэлектрическая проницаемость, а вместе с ней и электрическая емкость увеличиваются, доходят до максимума (при напряженности электрического поля внутри вариконда 50—250 В/мм) и потом снижаются. Емкость и степень нелинейности вариконда сильно зависят от температуры. С увеличением температуры до точки Кюри (для используемых сегнетоэлектриков 25—200 °С) они увеличиваются, достигая своего максимального значения; при последующем повышении температуры емкость резко понижается, а нелинейность пропадает. Вариконды имеют номинальные значения емкостей от 10 пф до 1 мкф и отношение максимальной емкости к начальной от 2 до 20 при перемене напряжения на десятки вольт. Вариконд характеризуется повышенной механической прочностью, устойчивостью к вибрациям, влаге, тряске, срок службы его почти неограничен. Особенности вариконда – температурная и временная нестабильность емкости, ограниченный диапазон изменения температур и рабочих частот, высокие значения диэлектрических потерь.

Вариконды используют в радиоэлектронике и автоматике – для бесконтактного дистанционного автоматического управления, усиления электрической мощности (диэлектрический усилитель), параметрической стабилизации напряжения и тока, умножения, модуляции частоты, деления и др.

Вентиль электрический

Вентиль электрический – это особая часть выпрямительных устройств, которая и выполняет весь процесс выпрямления, с помощью периодичного пропуска тока в каком-либо одном направлении.

Виды вентилей

Вентили бывают механические, состоящие из подвижных частей, требующих присмотра человека. Части механического вентиля изнашиваются в процессе эксплуатации, что приводит к разрыву дуги и возникновению искры. Также существуют электрические вентили, которые, в свою очередь, делятся на ряд других видов вентилей: полупроводниковые, электролитические, электронные, ионно-вакуумные и ионные повышенного давления

Полупроводниковый вентиль между металлическими обкладками полупроводника играет роль электродов. В таком вентиле создаются два слоя разной проводимости – тонкий запирающий слой с малой проводимостью и толстый слой с нормальной проводимостью. При изменении величины тока и его направления меняется толщина слоев. Например, если в вентиле из закиси меди, силена, сульфида меди к электроду приложить отрицательный потенциал, который граничит с запирающим слоем, а к электроду будет сдвигаться в направлении толстого слоя, – это приведет к тому, что запирающий слой станет меньше, а его проводимость больше. При обратной полярности напряжения толщина запирающего слоя возрастает, а проводимость уменьшается. В этом случае через вентиль проходит малый обратный ток. В вентилях из кремния и германия проводимость определяется концентрацией свободных электронов, у которых запирающий слой играет роль анода, а слой с нормальной проводимостью – катода.

Более широкое применение из полупроводниковых вентилей получили селеновые, которые выпускаются в виде диска или пластины, где ток зависит от их размеров и колеблется от долей миллиампера до нескольких ампер. Данные вентили используются в выпрямителях малых токов при высоком напряжении и больших токов при малом напряжении. Чаще всего используется в зарядных гальванических устройствах, в схемах управления и регулирования, в схемах возбуждения синхронных машин, а также в сварочных схемах. Их преимуществом является высокий КПД (до 80%), долговечность (до нескольких десятков тысяч часов), нетребовательность в уходе, отсутствие вспомогательных цепей для включения.

Электролитические вентили состоят из двух металлических электродов. Они помещены в углекисло-аммонный электролит или раствор щелочи, где анодом служит любой металл, а катодом – тантал, алюминий, магний. Данные вентили практически вышли из употребления в наши дни.

Электронные вентили применяются для выпрямления малых токов в напряжении от десятков вольт до сотен киловольт. В области малых напряжений они уступают полупроводниковым выпрямителям и чаще всего применяются в радиоприемных устройствах, маломощных системах электроники, в рентгеновских и измерительных установках для усиления и генерации тока.

Ионно-вакуумные вентили заполняются каким-либо инертным газом (гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном) или парами ртути. Давление газа может колебаться от сотых долей до нескольких миллиметров ртутного столба. Катод всегда создает условия для выхода электронов, а анод электронов не излучает вовсе. Это приводит к тому, что электроны, направляемые к аноду, сталкиваются в вентилях с атомами газа и, создавая положительные ионы, компенсируют отрицательный заряд электронов.

Ионные вентили с накаленным катодом бывают двухэлектродные, называемые газотроном, и трехэлектродные, называемые тиротроном, где, помимо катода и анода, находится управляющая сетка. Газотроны и тиротроны получили большое применение в устройствах, где требуются выпрямители тока от нескольких ампер до сотен ампер при напряжениях для десятков киловольт. КПД таких устройств очень велико. В ртутных ионных вентилях с нормальной проходимостью в качестве катода применяется ртуть. Данные вентили распространены в системах электрической тяги, электропривода и для питания установок электролиза.

Они определяются количеством прямого тока и напряжениями (их внутренним уменьшением и обратным напряжением). Уменьшение напряжения характеризует и падение в мощности.

Вентильный электропривод

Вентильный электропривод – это электропривод, питающий электродвигатель и регулирующий его угловую скорость в преобразователях на управляемых электрических вентилях. Данный электропривод питает асинхронные и синхронные двигатели переменного тока и содержит управляемый выпрямитель.

Возбудитель электромашины

Возбудитель электромашины – это устройство, которое питает постоянным электрическим током обмотки возбуждения всех электрических машин.

Возбудителями называют тиристорные и транзисторные преобразователи, вытесняющие машинные возбудители. Возбудитель электрических машин позволяет осуществлять стабилизацию параметров электрических машин в статических и динамических режимах работы.

Вольтодобавочный трансформатор

Вольтодобавочный трансформатор – это трансформатор с переменным коэффициентом электрической трансформации, который включает своей вторичной обмоткой другой трансформатор, регулирующий и стабилизирующий напряжение в цепи нагрузки. Первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора питается от обмотки низшего напряжения основного трансформатора.

Виды вольтодобавочных трансформаторов: линейные трансформаторы с поперечным регулированием, которые позволяют сдвигать напряжение сети по фазе без изменения его значения. Вследствие улучшения коэффициента мощности может достигаться снижение потерь напряжения в электрической сети, а также электрической энергии. Когда первичная обмотка автотрансформатора обеих фаз включается на линейное напряжение двух других фаз, значение не изменяется, а достигается также снижение потерь напряжения.

Вольтметр

Вольтметр – это электроизмерительный прибор напряжения сети, дающий показания в вольтах, киловольтах, милливольтах и микровольтах.

Вольтметры делятся на аналоговые (стрелочные) и цифровые. Последние имеют повышенную точность по сравнению с аналоговыми.

Важнейшим элементом вольтметра, в значительной мере определяющим метрологические характеристики прибора, является преобразователь.

Вольтметр.

Выходное напряжение преобразователя может быть пропорционально амплитудному, средневыпрямленному или эффективному значениям входного напряжения.

Характер этой зависимости определяет, какое входное напряжение (амплитудное, средневыпрямленное или эффективное) измеряет вольтметр.

В аналоговых вольтметрах измерение напряжения производится по шкале магнитоэлектрического прибора. Погрешность аналоговых вольтметров составляет 1—3%.

Цифровые вольтметры постоянного напряжения работают как по структурной схеме прямого действия, так и по схеме уравновешивания (сравнения измеряемого напряжения с образцовым). При измерении по схеме уравновешивания измеряемое напряжение автоматически сравнивают с дискретно изменяющимся высокостабильным образцовым напряжением.

Цифровые вольтметры прямого преобразования характеризуются основной погрешностью от 0,1 до 1%. Погрешность вольтметров уравновешивающего преобразования может достигать 0,01—0,05% измеряемой величины. Вольтметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими, электронными и электростатическими. Из данных систем магнитоэлектрические измеряют постоянный ток, индукционные – переменный ток, а остальные как постоянный, так и переменный ток. Измеряемое напряжение определяется как произведение силы тока и сопротивления прибора.

Для расширения предела измерения вольтметра изменяются вспомогательные части. Например, добавляются сопротивление, трансформаторы напряжения или измерительные конденсаторы.

Выключатель

Выключатель – это устройство для включения и выключения электрической цепи.

Выключатель представляет собой контактную систему, которая состоит из неподвижного контакта А и подвижного контакта Б. Когда подвижный и неподвижный контакты не соприкасаются, электрическая цепь выключена. Когда подвижный и неподвижный контакты касаются друг друга, то электрическая цепь включена, по ней протекает электрический ток, благодаря которому загорается лампочка и начинает вращаться двигатель. При выключении цепи под напряжением контактов А и Б возникает электрическая дуга Д.

Длина электрической дуги полностью зависит от напряжения цепи и тока. Чем длиннее дуга, тем больше опасность обгорания и оплавления контактов выключателя, поэтому в цепях высокого напряжения применяются выключатели с дугогасительными устройствами, которые чаще всего производят выключение автоматически.

Выключатели бытовые бывают поворотными, перекидными и групповыми. Выключатели промышленного применения делятся на выключатели низкого напряжения и высокого напряжения. Выключателями низкого напряжения называют рубильники и автоматы. Рубильник – это простейший воздушный выключатель, служащий для ручного включения и выключения электрических цепей напряжением до 500 В и силой тока до 4000 А.

Выключатели-автоматы применяются для отключения цепи электрического тока при перегрузках, замыканиях и других нарушениях работы цепи. Автоматические выключатели бывают минимального и максимального токов.

Выключатель минимального тока состоит из катушки, электромагнита, через который протекает ток, якоря, связанного с контактом и удерживающегося электромагнитом в притянутом положении, пружины, рычага и груза. Контакторы предназначаются для большого числа включений и выключений с напряжением тока до 550 В и его силой до 2,5 А.

Выключатели высокого напряжения делятся на масляные, со сжатым воздухом, с магнитным гашением и газогенерирующие или автогазовые. Выключатели масляные отличаются от остальных тем, что выключение цепи происходит путем разъединения контактов, находящихся в минеральном масле. Чаще всего они изготавливаются на напряжение от 500 до 220 000 В.

Выключатели со сжатым воздухом отличаются от остальных тем, что гашение дуги происходит с помощью сжатого воздуха, который поступает из компрессорной установки. Выключатель с магнитным гашением дуги, созданный в 1912 г. М. О. Доливо-Добровольским, – для вытягивания дуги электромагнитными катушками, когда происходит растяжение дуги с одновременным охлаждением стенок камеры.

Выключатели газогенерирующие или автогазовые действуют благодаря выделяющимся под действием высокой температуры газам, когда стенки камеры изготовлены из органического стекла или фибры. Выключение производится до 10 000 В, 600 А и 250 000 кВт отключаемой мощности.

Выпрямитель электрический

Выпрямитель электрический – это особый тип приборов, в задачи которого входит изменение переменного электрического тока в постоянный.

Чаще всего распределение электрической энергии происходит на трехфазном переменном токе. Элементы выпрямителя тока, которые и осуществляют процесс выпрямления тока, называются вентилями.

В нашей стране впервые об электрических выпрямителях заговорили в начале XX в. В. Ф. Миткевич, исследующий двухполупериодную схему с нулевым выводом, и А. П. Гершун, анализирующий активное сопротивление и индуктивность. Чуть позже, в 1912 г., Н. Д. Папалекси изучал роль индуктивности в анодной и катодной цепи, что будет использовано А. А. Чернышевым в 1918 г. при изучении оксидного катода косвенного начала.

В 1926 г. В. П. Вологдин разработал в Нижнем Новгороде первую советскую конструкцию ртутных выпрямителей, которые были доработаны В. К. Крапивиным. К этому периоду относится создание газотронов и тиратронов Ю. Д. Болдырем и трехфазной мостовой схемы А. Н. Ларионова. Обширные исследования проводились А. Ф. Иоффе, Б. Давыдовым и Д. Блохинцевым.

До сих пор системы электрических выпрямителей дорабатываются и модернизируются.

Схемы выпрямителей тока

1. Схема однополупериодного выпрямления тока. В саму схему входят электрический вентиль и трансформатор. Последний играет роль преобразователя напряжения, идущего из сети, в напряжение, которое нужно выпрямителю. В этом случае прямой ток прерывист.

  2. Схема двухполупериодного выпрямления тока. Похожа на предыдущую схему, но имеет отличие – при незначительном уменьшении напряжения на вентиле результатом является непрерывный ток.

  3. Схема с нулевым выводом. Ее отличительной чертой является наличие двух вентилей, что обусловливает несколько иной, чем у предыдущих, режим работы: когда наступает тот полупериод, в который ток перестает течь через первый вентиль, он поступает на второй и обратно.

  4. Мостовая однофазная схема. В ней число вентилей достигает уже четырех, что значительно повышает количество выпрямляемого данной схемой электрического тока. Во вторичной обмотке этой схемы ток течет во все время ее работы.

  5. Трехфазная схема с нулевым выводом. В ней электрический ток течет через все три вентиля только во время трети периода.

  6. Трехфазная мостовая схема. В ее работе принимают участие уже шесть вентилей, соединенных в группы по два вентиля. В ней включение вентилей чередуется в шахматном порядке.

  7. Шестифазные и двенадцатифазные схемы являются производными от предыдущей трехфазной, но только с возрастанием вторичной обмотки. В них ток еще сильнее сглаживается.

  8. Ртутные выпрямители тока, которые выполнены из стеклянного или металлического корпуса. Верхняя часть данного выпрямителя служит для конденсирования паров ртути, а нижняя часть способствует стеканию ртути к катоду. В средней же части приварены железные или графитные аноды.

Включение выпрямителя происходит с помощью анода зажигания. Анод погружается в ртуть за счет внешнего электромагнита. Многоанодные выпрямители всегда имеют общий катод и по режиму действия вспомогательной дуги могут различаться вентилями с дугой возбуждения и вентилями с периодическим зажиганием.

  9. В ионных выпрямителях высокого давления дуговой разряд между анодом и катодом происходит в атмосфере газа повышенного давления, когда происходит периодическое зажигание дуги.

Выпрямительный столб

Выпрямительный столб – это устройство, которое представляет собой совокупность соединенных последовательно выпрямителей полупроводниковых диодов. Выпрямительный столб предназначен в радиоэлектронике и электротехнике в качестве высоковольтного (как правило, выше 10 кВ) выпрямителя переменного тока низких частот (до 50 кГц).

Выпрямительный столб используется в радиотехнических, электротехнических приборах и устройствах. Конструкция выпрямительного столба содержит до 10 (и более) германиевых или кремниевых диодов, оформляется в пластмассовом корпусе с двумя электрическими выводами. Среднее значение выпрямленного тока выпрямительного столба составляет 75—500 мА, обратное напряжение – от 2 до 15 кВ, прямое падение напряжения – 2,5—11 В, масса – от 25 до 90 г. Так как германиевые выпрямительные диоды имеют большой разброс по величине обратного сопротивления и пробивного напряжения, то для надежной работы каждый из германиевых диодов шунтируют высокоомным резистором. Это обеспечивает равномерное обратное напряжение между диодами.

Наиболее распространенными являются кремниевые выпрямительные столбы. В них нет необходимости шунтировать отдельные диоды, поскольку вольтамперная характеристика кремниевого выпрямительного диода не имеет падающего предпробойного участка и равномерное распределение обратного напряжения достигается автоматически. К достоинствам кремниевых выпрямительных столбов следует отнести то, что кремниевые выпрямительные диоды допускают более высокие обратные напряжения, чем германиевые.

Выпрямительные столбы используются в радиотехнических, электротехнических приборах и устройствах, их применяют в радиолокационной и телевизионной аппаратуре.

Газонаполненный кабель

Газонаполненный кабель – это гибкие изолированные провода, переводящие электрический ток, изготовленные из медных или алюминиевых жил, в которых с целью повышения давления обычный кабель прокладывается внутри стальной трубы, а следом начинает подаваться газ под давлением 15 атмосфер.

Это помогает увеличить электрическую прочность кабеля в два раза, и газ дополнительно вводится в изолирующий слой под свинцовую оболочку. Получается газонаполненный кабель. Газонаполненный кабель может быть низкого давления (до 1,5 атмосфер), среднего (до 5 атмосфер) или высокого давления (до 20 атмосфер).

Для напряжения электрического тока до 10 000 В газонаполненный кабель изготавливается как обычный, лишь только 3 изолированные жилы скручиваются так, чтобы остались каналы для газового заполнения.

Для напряжения до 35 000 В газонаполненные кабели применяются только на вертикальной проводке и заполняются газом по типу маслонаполненного кабеля.

Газоразрядный прибор

Газоразрядный прибор (ионный прибор) – электровакуумный прибор, работа которого базируется на применении всевозможных видов электрических разрядов в парах металлов или газах. Существуют газоразрядные приборы тлеющего разряда (цифровые индикаторные лампы, тиратроны с холодным катодом и пр.), дугового разряда, в основном с накаливаемым катодом (таситроны, тиратроны, ртутные вентили и пр.), коронного разряда (стабилитроны и пр.), искрового разряда (тригатроны и пр.). В отдельную группу газоразрядных приборов входят газовые лазеры, газоразрядные источники света и т. д.

Газотрон

Газотрон – двухэлектродный ионный прибор, применяемый в качестве вентиля с неуправляемым электрическим разрядом. Газотроны используют, как правило, в высоковольтных выпрямителях радиопередатчиков переменного электрического тока. Электроды газотрона – анод, производимый из никеля, графита или стали, и оксидный катод с косвенным или прямым подогревом, которые помещены в среду инертного газа, либо смеси газов под давлением 0,1—0,25 мм рт. ст. или паров ртути под давлением 0,001—0,01 мм рт. ст.

Катод обычно размещают в металлическом (тепловом) экране для облегчения теплового режима работы. Выпрямляющее действие газотрона объясняется тем, что на аноде при положительном полупериоде переменного напряжения, которое превышает напряжение зажигания газотрона, между катодом и анодом образуется несамостоятельный дуговой разряд, поддерживающийся малым напряжением горения (10—30 В), а при отрицательном полупериоде на аноде падает максимально выпрямляемое напряжение и ток в газотроне почти отсутствует. Напряжение горения практически не зависит от протекающего тока, который для разных маломощных газотронов находится в пределах 0,01—0,5 А, а для мощных – 15—150 А. При дуговом разряде из-за незначительного падения напряжения (напряжение горения) выпрямители с газотроном обладают высоким КПД (95—99%). Во время работы газотрона допустимая температура окружающей среды с ртутным наполнением расположена в пределах от 15 до 50 °С, а для газотронов с газовым наполнением – от 60 до 100 °С. Газотроны различают: по роду паров металла (пары ртути, гелий, аргон и др.), либо наполняющего газа (смеси газов), по конструкции анода (закрытая, полузакрытая, открытая), по амплитуде выпрямляемого напряжения (высоковольтные – до 70 кВ, нормальные – до 15 кВ и низковольтные – тунгары – с напряжением на аноде до 300 В).

Галетная батарея

Галетная батарея – это последовательно соединенные сухие лекланше элементы слоеной конструкции, напоминающие галеты.

Галетная батарея меняется в зависимости от размера галет и их числа в батарее и используется в качестве автономного источника электроэнергии в геофизических приборах.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока – это машина, способная преобразовывать механическую энергию вращения в электрическую энергию постоянного тока.

История создания генераторов постоянного тока

В 1831 г. Майкл Фарадей открыл закон магнитной индукции, что положило начало самой идее создания таких генераторов. В 1832 г. произошла первая попытка сконструировать генератор постоянного тока, но в практическом отношении эта машина была слишком несовершенна и не получила применения. В 1834 г. русский ученый Б. С. Якоби создал первую пригодную для использования машину постоянного тока. В 40-е гг. XIX в. Э. Х. Ленц начал изучение теории работы генераторов постоянного тока. В 1860 г. А. Пачинотти решил использовать кольцевой якорь, который позднее получил очень широкое применение. Дальнейшее развитие генераторов постоянного тока проходило по пути улучшения эксплуатационных качеств генераторов при сокращении их объема. В 80-х гг. XIX в. А. Г. Столетовым была создана научно обоснованная теория генераторов постоянного тока. В конце 20-х гг. XX в. шло ускоренное развитие генераторов постоянного тока. В это же время в их конструкцию был внесен целый ряд усовершенствований, что, в свою очередь, делало их более выгодными в использовании.

Генератор постоянного тока состоит из неподвижной станины, внутри которой располагаются полюсы электромагнитов разной полярности. Другая часть – вращающийся ротор или якорь, выполненный из электротехнической стали, – изолирует один лист якоря генератора от другого лаковой пленкой или папиросной бумагой. Спрессованные листы образуют цилиндр, который крепится на валу. С внешней стороны цилиндра штампуются отверстия, которые образуют пазы, предназначенные для укладки обмотки якоря. Переменная ЭДС в обмотке, приводящая к получению напряжения на зажимах генератора при помощи механического выпрямителя – коллектора, совершает выпрямление. Как любая электрическая машина, генератор постоянного тока имеет свойства обратимости электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращательного движения. При нагрузке генератора постоянного тока напряжение на щетках меняется из-за падения напряжения в обмотке якоря. Ток нагрузки протекает по проводникам обмотки якоря и создает механические силы, которые мешают вращению. Существует два способа возбуждения электромагнитов станины: независимая от тока нагрузки и зависимая от тока нагрузки. Способ зависимого тока нагрузки происходит при помощи параллельного включения обмотки возбуждения, последовательного включения и комбинированного включения, а также имеет место самовозбуждение генератора постоянного тока. Независимое возбуждение тока нагрузки происходит за счет питания от иного источника тока, не связанного с током нагрузки. Напряжение генераторов обычно равняется нескольким сотням вольт. При воздействии автоматического управления на ток возбуждения генератор-регулятор добавляет в регулируемую им цепь ЭДС определенной величины и знака. Процесс преобразования механической энергии в электрическую постоянно связан с потерей энергии, рассеивающей тепло. Во избежание перегрева генератора постоянного тока создается система воздушного охлаждения, которая непосредственно связана с вращающимся якорем.

Гистерезисный электродвигатель

Гистерезисный электродвигатель – это электродвигатель, в основе работы которого лежит явление гистерезиса. Главным отличием от обычного электродвигателя является необратимость всех процессов.

История создания гистерезисного электродвигателя

Сама теория гистерезиса была создана советскими учеными Н. С. Акуловым, Е. И. Кондорским, С. В. Вонсовским и многими другими. На основе их теорий и был позже создан гистерезисный электродвигатель.

Виды гистерезисных электродвигателей

Гистерезисные электродвигатели бывают трех видов, каждый из которых использует особый тип явления гистерезиса.

  1. Электродвигатель, использующий магнитный гистерезис. Само явление такого гистерезиса основано на разнице между намагниченностью тела и магнитного поля. В этом типе электродвигателей под воздействием различных факторов происходит цикличное перемагничивание ферромагнетика, что приводит к потерям энергии на гистерезис. Сам магнитный гистерезис будет отличаться в зависимости от вида ферромагнетика, его термообработки, количества примесей и многих других факторов. Наиболее используемыми в магнитных гистерезисных электродвигателях ферромагнетиками являются электротехническая сталь, пермаллой, альни, алнико, магнико. В основе работы таких электродвигателей лежат три принципа. Это необратимость вращения, задержка роста зародышей перемагничивания и задержка смещения границ между доменами.

  2. Электродвигатель, использующий упругий гистерезис. Основой работы этого типа гистерезисного электродвигателя состоит в том, что в некоторых зернах ферромагнетиков из-за деформации создаются остаточные напряжения. Для этого типа двигателя нет какого-либо единого стандарта материала.

  3. Электродвигатель, использующий диэлектрический гистерезис. В них используются сегнетоэлектрики (тип электроизолирующих веществ), так как их зависимость от напряженности электромагнитного поля схожа с зависимостью ферромагнетиков от намагничивающего поля. И на основе сходства результатов процессов, происходящих с ферромагнетиками и сегнетоэлектриками, как раз и осуществляется работа диэлектрического гистерезисного электродвигателя.

Грозозащита

Грозозащита – это устройство, предохраняющее здания и технические сооружения от разрушительного действия грозы.

При электрическом пробое молнии в материале образуются каналы, по которым движется ток большой силы. Это может привести к разрыву объекта, его воспламенению и возникновению больших разностей потенциалов и электрических разрядов между отдельными предметами внутри данного строения. Такие разряды приводят к поражению людей электрическим током и возникновению пожаров. При волнах атмосферного перенапряжения с высокой амплитудой происходит распространение их по всем электрическим проводам, что может вызвать электрический разряд с электроаппаратуры на землю. Прямые удары молнии во время грозы по высоковольтным линиям электропередачи переходят под действием рабочего напряжения в электрическую дугу и приводят к короткому замыканию и отключению всей линии. На промышленных объектах электрический ток способен вызвать искрение и нагревание контактов электрического контура. Жилые помещения небольших размеров могут защититься от грозы с помощью молниеотвода и грозоотвода. Для уменьшения возможности электрической искры внутри помещения необходимо все электрические части соединить между собой и с молниеотводами, для которых устраиваются несколько токоотводов с различными заземлениями. Сопротивление заземления каждого заземлителя должно быть не больше 10 Ом. Для защиты вентильных разрядников и линий электропередачи применяются защитные тросы, т. е. многопроволочные провода в воздушных линиях электропередачи, подвешенные на опорах с токоведущими проводами и заземленные у каждой опоры. Защитные действия тросов основаны на свойстве грозы поражать высокие металлические предметы, соединенные с землей. Линии передачи на 220 000 В обладают защитным уровнем 200 000 А и считаются грозоупорными. Линии, рассчитанные на 400 000 В, обладают защитным уровнем 250 000 А. Во время грозы может быть перенапряжение электрического тока. Для его недопущения используются молниеотводы, защитные тросы и разрядники, а также нерезонирующие трансформаторы и импидоры. Защитить электрические установки от опасных действий токов во время грозы могут предохранительные плавки. Низковольтные установки защищаются от перегрузки максимальными автоматами, а высоковольтные установки – при помощи релейной защиты, у которой масляный или газовый выключатель с автоматическим управлением. Для ограничения большого тока при коротком замыкании в десятки тысяч ампер применяется на станциях и подстанциях реактор.

В качестве грозозащиты зачастую используется защитная блокировка электроустановок с помощью механических или электромагнитных замков. С механическими замками нужно вручную оттянуть защелку, включить разъединитель, а потом запереть замки. При электромагнитной защите блокировочный ключ автоматически блокирует контакты при включении, так как по обмотке ключа проходит электрический ток, способный притянуть защелку и отпереть замок разъединителя.

Грозоотвод

Грозоотвод – это устройство, предназначенное для защиты различных объектов от воздействия молнии.

Создан Б. Франклином в XVIII в. Применение грозоотвода основано на том, что молния всегда поражает наиболее высокие участки. Поэтому его устанавливают на самой высокой точке какого-либо объекта.

Конструкция грозоотвода

Грозоотвод состоит из металлического стержня, проволоки и металлического листа. Металлический стержень закрепляется на наивысшей точке, притягивая молнию, и через проволоку весь заряд переходит в закопанную под землю металлическую пластину. Таким образом, молния никак не повредит окружающим объектам. Но чаще всего заряд, способный породить молнию, вообще не появляется над грозоотводом.

Динамомашина

Динамомашина – это устаревшее название генератора постоянного тока.

Динамометр

Динамометр – это прибор, измеряющий величину силы, использующийся для испытания машин.

Состав динамометра

Динамометр состоит из силового звена и исполнительного устройства. Силовым звеном называются калиброванные элементы, которые выполнены в виде упругих пружин. Данные пружины при упругой деформации упрощают конструкцию с одной стороны, но служат причиной погрешностей при динамической нагрузке. Чаще всего стараются применять в динамометре вместо упругой пружины манометрическую трубку, обладающую повышенной жесткостью и имеющую силовые стержневые звенья, называемую пружиной Бурдона. Для уменьшения усилий пользуются передачами, которые делятся на механические, гидравлические и электрические. Датчик электрической передачи изменяет деформацию силового звена в электрическую величину, которую позже можно измерить с помощью обычных электроизмерительных приборов.

По своему предназначению динамометр бывает тяговый и вращательный. В свою очередь вращательные динамометры делятся на трансмиссионные и поглощающие. Трансмиссионные динамометры имеют механические передачи, помогающие преобразовывать пару сил в одну. Поглощающие динамометры представляют собой тормозные устройства, закрепленные на валу двигателя тормозной шайбой и вызывающие силу трения. Погрешность современных динамометров составляет не более 4%.

Динатронный генератор

Динатронный генератор – это источник электрических колебаний, который основан на увеличении напряжения на аноде при понижении тока в самой анодной цепи трехэлектродной электронной лампы. То есть при увеличении напряжения на аноде, сопротивление цепи, принятое называть отрицательным сопротивлением, является необходимым условием возникновения электрических колебаний. В этом случае, при усилении колебаний, энергия нагревания проводов и излучения контура электромагнитных колебаний уравновесит энергию, затраченную батареей. Динатронный генератор по своей схеме уступает генератору ламповому, поэтому его практическое значение невелико и его применяют лишь в отдельных специальных случаях.

Диэлектрики

Диэлектрики – это вещества, которые обладают низкой электропроводностью.

В начале XVIII в., когда Майкл Фарадей установил деление материалов на электрические проводники и электрические непроводники, заговорили об электрическом поле, его изучении и применении. Уже тогда отличали диэлектрики, которые были способны проводить электрический ток. То есть если у типичных проводников – меди, серебра и алюминия – довольно высокая электропроводность, то у диэлектриков – слюды, фарфора, эбонита и кварца – очень маленькая. Электропроводность материала измеряют с помощью отношения плотности тока к напряженности электрического поля. Позже будут созданы полупроводники, стоящие между диэлектриками и типичными проводниками. В 1803 г. академик В. В. Петров изучал диэлектрики с помощью использования большой гальванической батареи, но положительных результатов это не дало. В нашей стране к изучению данного вопроса вернулись только в 1920 г., в момент электрификации России.

Свойства диэлектриков – это электрическая прочность, когда в электрическом поле диэлектрик противодействует силам, которые называются внешним полем. Чем выше напряженность внешнего поля, тем выше напряженное состояние диэлектрика. При таком положении диэлектрик становится неустойчивым проводником, а напряженность электрического поля называется пробивной напряженностью. Явление получило название пробоя диэлектриков.

Электронные и ионные процессы, которые происходят под воздействием внешнего поля, сопровождаются изменением электрической энергии в тепловую. Это ведет к возрастанию выделения тепла и установлению невозможности равновесия между отводом тепла и его выделением. Главный процесс под воздействием электрического поля в диэлектрике называется поляризацией. Мерой поляризации называется электрический момент, образуемый в единице объема при смещении зарядов. Важнейшая характеристика диэлектрика – его диэлектрическая проницаемость, непосредственно связанная с диэлектрической восприимчивостью. Среди диэлектриков существует группа материалов, обладающих поляризацией без воздействия внешнего поля, называющихся сегнетоэлектриками.

Практическое применение диэлектриков велико, так как они используются во всех электрических и радиотехнических устройствах.

Диэлектрический усилитель

Диэлектрический усилитель – это электрический усилитель, способный усилить электрическое напряжение с изменением емкости конденсатора с сегнетоэлектриком благодаря изменению подводимого к нему напряжения. Как и магнитный усилитель, диэлектрический применяется в автоматических устройствах для усиления электрических колебаний.

Игнитрон

Игнитрон – одноанодный ионный прибор, имеющий ртутный катод и управляемый дуговой разряд.

Игнитрон используют в качестве ртутного вентиля в электросварочных устройствах, мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электротяговых подстанциях на железной дороге и т. д. Испускание электронов, которое вызывает главный дуговой разряд между катодом и анодом игнитрона, возникает при положительном напряжении на аноде с одного либо нескольких ярко светящихся участков катода, другими словами, катодных пятен. Они возникают с помощью вспомогательной дуги, которая периодически появляется перед зажиганием основной дуги с помощью пропускания импульсов тока, амплитуда которых достигает нескольких десятков ампер и длительностью несколько метров в секунду сквозь поджигающий электрод, он частично опущен в жидкую ртуть катода. При изменении момента зажигания вспомогательной дуги, допускается управлять началом зажигания основной дуги, чем регулировать среднюю силу выпрямленного анодного тока от максимума до нуля. Игнитроны производятся, как правило, в металлическом корпусе и изготавливаются на среднюю величину силы тока от 20 до 700 А при амплитудах напряжения на аноде, достигающих 5 кВ, и на коммутируемые мощности от 100 до 3600 кВт. Игнитроны со стеклянной оболочкой производятся на средние значения силы тока, достигающие 100 А при амплитудах напряжения на аноде, достигающих 5 кВ.

Импульсный генератор напряжения

Импульсный генератор напряжения – это аппарат, в задачи которого входит создание электрических импульсов высокого напряжения и их генерирование с амплитудой до 10 000 000 В.

В состав импульсного генератора напряжения входит группа конденсаторов и разрядников, разделенных сопротивлениями, и какой-либо испытуемый прибор. Заряд конденсаторов получается при их параллельном соединении электрическим током от трансформатора и выпрямителя. Разряд проводится при последовательном соединении конденсаторов, при всем этом общее напряжение разряда равно сумме напряжений всех конденсаторов. Переключение конденсаторов с одного вида соединения на другой происходит под контролем автоматической системы разрядников. После зарядки конденсатора и создания нужного напряжения на поджигающий электрод одного из разрядников подается от постороннего источника импульс напряжения, потенциал которого противоположен потенциалу верхнего электрода разрядника. В этом случае происходит пробой разрядника, который создает соединение через искру двух конденсаторов. Так как сопротивление очень велико, то второй разрядник окажется, как и первый, в зоне действия повышенного напряжения и получит пробой, а это соединит и третий конденсатор. После пробоя первых двух разрядников то же самое происходит и с остальными разрядниками. После этого все конденсаторы соединяются и разряжаются на разрядное сопротивление, с которым параллельно соединен испытуемый объект. Величина импульса зависит от активного и добавочного сопротивления. От первого также зависит продолжительность импульса, а от второго – форма импульса. Добавочное сопротивление уменьшает высокочастотные колебания.

Импульсные генераторы напряжения служат для изучения и испытания высоковольтных аппаратов, а также при изучении электрических зарядов. Вообще вся система импульсного генератора была предложена в 1914 г. инженером В. А. Аркадьевым, но запатентовал ее в 1923 г. немецкий ученый К. Маркс.

Импульсный генератор тока

Импульсный генератор тока – это аппарат, генерирующий импульсы тока большой силы.

Импульсные генераторы тока применяются при испытании высоковольтной техники и при изучении электрических разрядов. Также при соединении импульсного генератора тока с импульсным генератором напряжения получается прибор, способный создать искусственную молнию.

В состав импульсного генератора тока входят параллельно соединенные конденсаторы, выпрямитель и искровой зарядник. Сначала конденсаторы медленно заряжают до такого напряжения, величина которого не превосходит величины напряжения пробоя разрядника. После этого на поджигающий электрод разрядника происходит подача импульса напряжения, вследствие чего происходит пробой разрядника. Затем конденсаторы разряжаются на испытуемый объект. Для увеличения значения тока нужно снизить индуктивность и увеличить емкость, для этого необходимо максимально приблизить конденсаторы к испытуемому прибору.

Импульсный модулятор

Импульсный модулятор – это специальный прибор какой-либо импульсной станции, в задачи которого входит контролирование работы генератора высокочастотных колебаний.

Импульсный модулятор состоит из высоковольтного выпрямителя, катушки индуктивности фильтра, накопителя, вращающегося разрядника, коаксиального кабеля, магнетрона и трансформатора.

Есть два типа импульсных модуляторов: модулятор, в котором импульсы создаются под влиянием синхронизирующих сигналов импульсного модулятора, и модулятор, используемый как усилитель мощности импульсов.

Первый из этих двух видов отличается высоким КПД при малых размерах и малом весе, а второй создает лучшую форму и постоянство частоты и длительности импульсов.

К основным задачам импульсных модуляторов относится создание мощных импульсов за счет запаса энергии в течение паузы между импульсами и быстрого использования накопленной энергии за короткое время в генерируемом импульсе. Поэтому основной частью импульсного модулятора являются накопитель и коммутационное устройство, являющееся клапаном, открывающим доступ энергии к нагрузке.

Накопители бывают емкостные, индуктивные и смешанные, а коммутирующие устройства – это электронные лампы, тиратроны, тригатроны и радиотехнические искровые разрядники.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор – это высокочастотный трансформатор. Используется для передачи сигналов малой мощности в широком диапазоне частот без искажения формы импульса, для создания импульсов высокого напряжения, изменения полярности сигналов, разделения переменного сигнала и постоянной составляющей, сложения сигналов, согласования полных сопротивлений электрических цепей.

Различают импульсные трансформаторы по мощности от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт в импульсе. Длительность импульса измеряется от нескольких мкс до долей мкс. Применяются импульсные трансформаторы в радиолокации, телевидении, импульсной радиосвязи.

Импульсные трансформаторы малой и средней мощности применяются в блокинг-генераторах, в этом случае они имеют несколько обмоток для питания анодной, сеточной и других цепей блокинг-генератора. В трансформаторах большой мощности сердечник и обмотки помещаются в бак с трансформаторным маслом или специальной кремнийорганической жидкостью, допускающей нагрев до +150 °С.

Задачей импульсного трансформатора является обеспечение неискаженной передачи формы периодически повторяющихся трансформируемых импульсов напряжения. Результатом его работы является импульс напряжения той же формы, что была и раньше, но с измененными амплитудой и полярностью. Импульсный трансформатор используется для согласования полных сопротивлений двух и более цепей, для изменения напряжения импульсов, их полярности, для развязывания цепей. Импульсные трансформаторы выделяются малыми размерами сердечников, которые создаются из специальных магнитных сплавов, и малым количеством витков, что позволяет достичь малой индуктивности рассеяния. В ряде случаев импульсный трансформатор используется как дифференцирующее устройство. Теоретическое обоснование работы импульсного трансформатора имеется в работах В. К. Аркадьева, Б. А. Введенского и многих других.

Заземление

Заземление – это искусственное соединение электрических машин и аппаратов, с находящейся в их энергетической установке землей для защиты людей и оборудования от опасного действия электрического тока. Случайное соединение электрических проводов с землей называется замыканием.

Виды заземления

1. Заземление в проводной связи – это устройство для электрического соединения телемеханики, сигнализации, отдельного аппарата с землей. Состоят данные устройства из металлических электродов, которые находятся в земле, и проводников, которые соединяют данные электроды с частями установок. По своим функциям подразделяются на рабочие заземлители, служащие для образования электрической цепи, где один из проводников – земля, и защитные – для защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения электрического тока. Экранные заземлители служат для соединения с землей кабелей, экранов аппаратуры и шнуров, обеспечивающих лучшее качество передачи. Измерительные заземлители служат вспомогательными измерителями сопротивления электрического тока. Для уменьшения электрического влияния данных заземлителей друг на друга их устанавливают на некотором расстоянии один от другого. Чтобы избежать резкого изменения сопротивления, заземление в проводной связи ежегодно углубляется ниже промерзания грунта.

  2. Заземление в радиотехнике – это электрическое соединение земли с антеннами радиопередатчиков средних и длинных волн. Данный вид заземления позволяет использовать землю с большой электроемкостью и несимметричный вибратор. В этот момент возбуждение колебаний в антенне приводит к потере энергии в земле. В радиовещательных станциях с металлическими излучателями заземление выполняется в виде сети проводов, которые расходятся от основания мачты. В свое время М. В. Шулейкин установил линейную зависимость сопротивления потерь от длины радиоволн. Для получения малой величины потерь в земле лучи радиотехнического заземления могут иметь длину до 0,5 рабочей длины волны радиопередатчика, а их общее количество может составлять 120.

  3. Заземление в энергетике – это устройство, соединяющее землю с электрической установкой и состоящее из заземлителя, в качестве которого используются металлические электроды в виде труб и стержней, и заземляющего проводника.

Заземление в энергетике условно разделяют на рабочее и защитное заземление.

Рабочее заземление осуществляется либо глухим соединением цепи с землей, либо соединением через предохранитель сопротивления или индуктивность.

Защитное заземление в энергетике не допускает поражения людей электрическим током при замыкании на корпус или на землю. Сюда относятся попавшие под высокое напряжение корпуса электромашин, трансформаторы, электроаппараты, распределительные устройства, кабели, оградительные металлические решетки.

Заземлители обычно изготавливаются из вертикальных стальных труб, диаметром до 50 мм, длиной до 3 м, соединенных горизонтальным электродным сечением, изготовленным из стальной проволоки толщиной не менее 4 мм. Электроды заземлителя располагают по замкнутому контуру на расстоянии не менее 2,5 м. В земельном грунте могут использоваться оцинкованные или медные электроды. Все места соединения электродов свариваются. В качестве естественных заземлителей используют проложенные в земле водопроводы, трубопроводы и артезианские колодцы. Исключением являются трубопроводы горючих и взрывчатых газов.

Зарядное устройство

Зарядное устройство – это агрегат, дающий постоянный ток, необходимый для заряда аккумуляторных батарей, а также для непрерывного и прерываемого подзаряда.

Зарядное устройство способно заряжать одну группу аккумуляторов, так как сеть постоянного тока питается от другой группы. Заряд может применяться и одной батареей, снабженной двойным элементным коммутатором. У кислотных аккумуляторов в результате такого заряда напряжение может повыситься до 130% от номинального; у щелочных – до 150% от номинального. Чем меньше время заряда, тем больше соответственно должна быть мощность зарядного устройства. При непрерывном подзаряде зарядное устройство, питая сеть постоянного тока, производит подзаряд аккумуляторной батареи. Мощность зарядного устройства может быть даже чуть меньше, чем при системе «заряд – разряд». При прерывистом подзаряде зарядным устройством несколько часов питается сеть постоянного тока и происходит подзаряд батареи, остальную часть суток зарядное устройство, находясь в резерве, переводит питание сети на аккумуляторную батарею. В качестве зарядного устройства могут применяться двигатели-генераторы, ртутные или полупроводниковые выпрямители с регуляторами напряжения и автоматическими выключателями.

Зарядные устройства бывают однофазными при малых мощностях и трехфазными при больших мощностях.

Однофазные устройства имеют феррорезонансный стабилизатор, селеновый выпрямитель и измерительные приборы на стороне постоянного тока. Трехфазное устройство снабжается электронным регулятором напряжения, который связан с дросселем насыщения. Регулятор, изменяя величину электрического тока, регулирует напряжение. Зарядное устройство с селеновым выпрямителем отличается простотой включения, большим сроком службы. Все данные устройства различаются по своей мощности и комплектуются вплоть до зарядных станций, способных заряжать ряд аккумуляторных батарей.

Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор – это понижающий электрическую силу трансформатор, воздействующий на первичную обмотку и подключающий вторичную обмотку к электроизмерительным приборам или реле защиты. Измерительный трансформатор чаще всего применяется для безопасного измерения силы тока, напряжения, мощности энергии с помощью амперметров, вольтметров, ваттметров, имеющих относительно небольшие пределы измерений (до 5 А и 100 В) в цепях переменного тока высокого напряжения. Различают измерительные трансформаторы электрического напряжения и электрического тока.

Индуктор

Индуктор – это электромагнитное устройство, вырабатывающее переменный ток. В зависимости от области применения различают нагревательные, телефонные индукторы и индукторы электрической машины.

Индуктор нагревательный предназначен для индукционного нагрева тел вихревыми токами, возбуждаемыми переменным магнитным полем. Нагревательный индуктор состоит из двух основных частей: индуктирующего провода, создающего переменное электромагнитное поле и токоподводов для подключения индуктирующего провода к источнику электрической энергии.

Телефонный индуктор представляет собой магнитоэлектрическую машину, вырабатывающую переменный ток с частотой 18—21 Гц при напряжении 60—70 В. Применяются эти индукторы в телефонных аппаратах станций ручного обслуживания для посылки сигналов вызова и отбоя.

Индуктор электрической машины представляет часть магнитной цепи электрической машины, содержащей обмотку возбуждения.

Источники света

Источники света – это какие-либо объекты, которые излучают электромагнитную энергию в видимой части спектра.

История создания источников света

К первому искусственному источнику света можно отнести огонь, добытый и сохраненный первобытным человеком. Позже источники света модернизировались, но изменения были не очень велики: появились факелы с животными жирами и воском, позже – с маслами и салом и т. д. Лишь в XIX в. появились стеариновые и парафиновые свечи, а также масляные и керосиновые лампы. К концу XIX в. начинают использовать в освещении горючие газы и калильные колпачки. Электрические источники тока вообще появились благодаря изучению В. В. Петровым в 1802 г. явления электрической дуги. Первым пригодным электрическим источником света была так называемая «свеча Яблочкова», созданная П. Н. Яблочковым в 1876 г. Спустя четыре года В. Н. Чиколев сконструировал регулятор сближения углей горящей дуговой лампы. Первая электрическая лампа накаливания появилась в 1872 г. Ее создателем был А. Н. Лодыгин. Позже он же разработал электрическую лампу накаливания с вольфрамовой нитью. В 1931 г. С. И. Вавилов доказал возможность создания фотолюминесцирующих ламп, что открывало возможность создания более экономичного типа ламп. К 1938 г. были сконструированы и запущены в производство люминесцентные лампы. Дальнейшие разработки электрических источников света ведутся в сторону увеличения экономичности, роста КПД, а также усиления безопасности таких ламп.

Виды электрических источников тока

Электрические источники света можно разбить на несколько основных классов.

  1. Лампы накаливания, к которым в свою очередь относятся лампы пустотные и лампы газонаполненные. В основе излучения ламп накаливания лежит использование теплового излучения. К особенностям излучателя можно отнести использование раскаленной электрическим током вольфрамовой нити. Применяются лампы накаливания во внутреннем и наружном освещении и в сигнализации.

  2. Лампы газового разряда подразделяются на газосветные, люминесцентные и электродосветные.

Лампы газосветные также делятся на несколько видов. Это лампы тлеющего разряда с отрицательным свечением в атмосфере газа, использующие отрицательное свечение так называемых благородных газов и применяемые в сигнализации и для каких-либо других целей. Это трубки тлеющего разряда с положительным свечением в атмосфере газа, использующие свечение положительного столба тлеющего разряда в благородных газах и применяемые в сигнализации, световой рекламе и декоративном освещении. Это лампы дугового разряда в атмосфере газа, имеющие своей особенностью свечение положительного столба дугового разряда благородных газов и применяемые в тех же областях, как и предыдущие лампы. Это лампы дугового разряда в парах металлов при низком давлении, когда свечение происходит при низком давлении до 10-3 мм рт. ст. паров натрия и ртути, применяемые для спектральных измерений. Это лампы дугового разряда в парах ртути при высоком давлении из стекла и кварца, когда свечение происходит при давлении от 200 до 1000 мм рт. ст., с целью применения в светотерапии, биологии, технике. Это лампы дугового разряда при сверхвысоком давлении с воздушным и водяным охлаждением, когда давление 25—300 атмосфер, и используются в прожекторном освещении. Это лампы дугового разряда в атмосфере тяжелых газов при сверхвысоком давлении, где свечение возможно при давлении от 10 до 30 атмосфер, применяемые для спектральных измерений. Это лампы импульсного разряда в атмосфере газов и паров металла, применяемые для фотосъемок и для стробоскопических исследований.

Лампы люминесцентные: тлеющего и дугового разряда – по своему принципу излучения электролюминесцентные и фотолюминесцентные – дают свечение газового разряда и люминофора под влиянием лучистой энергии при газовом разряде. Такие лампы используются в световой рекламе, декоративном и внутреннем освещении, а также для получения искусственного дневного света.

Лампы электродосветные бывают дуговыми с вольфрамовыми электродами в среде инертного газа, в парах ртути и аргона, с угольными электродами в среде атмосферного воздуха, с металлическими электродами и дуговыми интенсивными. Все применяются в прожекторных и оптических приборах.

Источники тока

Источники тока – это особые аппараты, способные создать электрическое поле в проводнике, а также электрическую сеть.

В 1786 г. итальянский ученый Л. Гальвано выпустил книгу, в которой рассматривал воздействие электрического тока на живые организмы. Книга подтолкнула к изучению свойств этого явления. В 1800 г. ученый Алессандро Вольта создал первый источник постоянного тока, который состоял из нескольких десятков пар пластин из разных металлов и смоченного соленой водой картона. Вся эта конструкция располагалась в виде столба, поэтому и получила название вольтова столба.

Источниками постоянного тока являются аккумуляторы, гальванические элементы, генераторы постоянного тока, электромашинные преобразователи и выпрямители тока, вибропреобразователи. Источниками переменного тока являются генераторы переменного тока, трансформаторы и электромеханические преобразователи тока.

Кабель

Кабель – это герметически изолированный провод, необходимый для передачи электроэнергии. Называется электрический кабель силовым.

Состоит силовой кабель из медных или алюминиевых жил, которые покрыты изоляционной оболочкой из свинца и пластмассы и джутовой прослойкой.

Кабели пытались создать уже в начале XIX в. Инженеры всех европейских стран пытались создать кабели разных модификаций, но все их разработки имели какие-либо нерешенные стороны. Пригодным для эксплуатации кабелем считается так называемая электрическая свеча Яблочкова. В конце XIX в. с созданием электрических станций начали сооружаться городские кабельные сети. В России они были в Санкт-Петербурге и в Москве. Московские силовые кабели 1912 г. работали под напряжением 20 000 В. В 1930 г. появились кабели 110 000 В, что являлось мировой сенсацией. Позже силовые кабели стали производиться с еще большим напряжением. Для передачи электрической энергии, например под напряжением 35 000 В, обычный кабель не применяется, так как у него слишком слабая электрическая прочность из-за температурного коэффициента масла – канифолевого состава пропитки. Поэтому в пропитке при нагревании или охлаждении могут появиться пустоты, которые и способствуют пробою изоляции. Увеличивают электрическую прочность кабелей с помощью вытеснения газа жидкой изолирующей средой. А вместо масло-канифолевой пропитки используют так называемое кабельное или минеральное масло.

С целью повышения давления во время включения кабеля с вязкой пропиткой в стальную трубку, где он проложен, вводят газ под давлением до 15 атмосфер. Электрическая прочность изоляции возрастает в два раза. При напряжении от 20 000 до 35 000 В применяется силовой кабель для прокладки на вертикальных трассах, в шахтах, колодцах и высотных домах, где кабель делается по маслонаполненному стандарту, но вместо масла в трубу пускается осушенный азот.

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности – это катушка из провода с изолированными витками, обладающие значительной индуктивностью, относительно малой емкостью и малым активным сопротивлением. Катушка индуктивности предназначается для накопления магнитной энергии, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты и т. д.

Катушки индуктивности изготавливают обычно из изолированного провода, наматываемого на каркас, который для увеличения индуктивности катушки часто размещают на ферромагнитном магнитоприводе (сердечника). В бескаркасных катушках индуктивности провод наматывают непосредственно на магнитопривод (например, тороидальная катушка индуктивности).

Основной параметр катушек – индуктивность – определяется линейными размерами катушки, числом витков обмотки и магнитной проницаемостью окружающей среды и полупроводников. Магнитная проницаемость изменяется от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Следующие важные параметры катушек индуктивности – добротность, собственная емкость, стабильность, механическая прочность, габариты, размеры, масса. Добротность представляет собой отношение индуктивного сопротивления к активному.

В зависимости от конструкции катушки индуктивности делятся на каркасные и бескаркасные, однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, с магнитными сердечниками и без магнитных сердечников. Существенное преимущество катушек индуктивности с магнитными сердечниками – возможность подстройки, т. е. изменение катушек индуктивности в определенных пределах путем изменения параметров сердечника.

Катушки индуктивности применяются в качестве одного из основных элементов электрических фильтров и колебательных контуров, накопителя электрической энергии и т. д.

В радиотехнических устройствах ВЧ применяют бескаркасные катушки индуктивности из неизолированного толстого провода или трубки. Эти катушки обычно не имеют сердечника. Используют их в качестве одного из основных элементов электрических фильтров с колебательных контуров, накопителей электрической энергии источников магнитного поля.

Виды катушек индуктивности

Образцовые катушки индуктивности, необходимые для проверки других катушек, делятся на эталонные, катушки первого разряда и катушки второго разряда. Эталонные катушки однослойные изготовлены из мрамора и стекла для сохранения своих геометрических размеров. Постоянный шаг в такой катушке достигается укладкой медной проволоки в канавку на поверхности каркаса. Катушки первого и второго разрядов изготовляются в виде плоских катушек из намотанной на каркас многослойной изолированной медной проволоки.

Рабочие катушки индуктивности применяются при электротехнических измерениях и иногда наматываются из многожильного провода с изолированными нитями.

Коллектор

Коллектор – это часть электрической машины, которая вращает механический преобразователь частоты присоединяющего поочередно к неподвижной электрической цепи группу секций обмотки якоря электрической машины. Неподвижной частью коллектора являются электротехнические щетки, присоединенные через щеткодержатели к неподвижной электрической цепи. Коллектор напоминает собой вращающееся тело, состоящее из изолированных медных пластин с присоединенными секциями якорной обмотки. Коллекторы бывают цилиндрические и дисковые. Пластины изолируются друг от друга миканитовыми прокладками, закрепленными двумя конусными шайбами. Данные шайбы крепятся втулкой и кольцевой гайкой и лишь изредка – при помощи шпилек. В машинах с малой мощностью пластины запрессовываются в пластмассу, а в машинах мощностью свыше 25 кВт и при скорости вращения больше 3000 об/мин – с помощью стальных бандажных колец, насаженных на цилиндрическую или коническую втулку. В крупных электрических машинах коллектор может быть двойным или тройным, тогда пластины соединяются проводящими перемычками.

Секции вращающейся обмотки впаиваются в специальную прорезь на пластине. Стоимость коллектора бывает завышенной из-за сложности изготовления, из-за расхода проводниковой меди. Коллектор требует постоянного наблюдения, так как щетки могут искриться из-за неравномерности износа. Из-за этих недостатков иногда коллектор заменяют полупроводниковыми выпрямителями тока. Коллектор является составной частью генератора постоянного тока, двигателя постоянного тока, одноякорного преобразователя, коллекторного двигателя переменного тока и коллекторных генераторов, т. е. электрических машин, работающих в генераторном режиме.

Коллекторный двигатель

Коллекторный двигатель – это электрическая машина, соединяющая обмотку ротора с коллектором для преобразования электрической энергии в механическую. Бывают коллекторные двигатели постоянного и переменного тока. Основным достоинством коллекторных двигателей постоянного тока является возможность регулирования частоты вращения в широком диапазоне, линейность механической и, в большинстве случаев, регулировочной характеристики, большой пусковой момент, высокое быстродействие, малая масса и объем на единицу полезной мощности и более высокий КПД по сравнению с двигателями переменного тока той же мощности. По функциональному назначению коллекторные двигатели постоянного тока подразделяются на силовые и управляемые. Силовые электродвигатели выполняются со стабилизацией и без стабилизации частоты вращения. КПД двигателей постоянного тока различной мощности лежит в пределах 10—85% и зависит от функционального назначения двигателя, режима работы, степени использования, способа возбуждения, конструктивного исполнения. Наибольший КПД имеют двигатели с полым якорем и возбуждением от постоянных магнитов, наименьший – двигатели с электромагнитным возбуждением. В коллекторном двигателе переменного тока ротор с коллектором используются в качестве механического преобразователя частоты. От синхронного и бесколлекторного асинхронного двигателя коллекторный двигатель переменного тока плавно и экономично регулирует скорость вращения при хороших пусковых и рабочих характеристиках, но данные двигатели малонадежны из-за необходимости тщательного ухода за коллекторными щетками. Коллекторные двигатели бывают однофазные и трехфазные. Однофазные двигатели, разработанные в конце XIX в., долгое время не применялись. Сегодня их вращающийся момент получается при взаимодействии магнитных полей, которые создаются обмотками возбуждения статора и обмоткой ротора. Этот вращающийся момент всегда направлен только в одну сторону. Изменить направление можно лишь при переключении концов обмотки возбуждения. Данная обмотка мощностью более 10—15 кВт служит для компенсации реакции ротора, а дополнительные полюсы служат для улучшения коммутации. Улучшениями коммутации занимался в 1912 г. электротехник К. И. Шенфер.

Трехфазные коллекторные двигатели переменного тока являются асинхронными электрическими машинами, которые работают со скоростью, отличающейся от скорости вращения поля. На статоре коллекторного двигателя располагается трехфазная обмотка, а на роторе – обмотка, соединенная с коллектором, имеющим трехфазную систему щеток. Данные двигатели бывают параллельного и последовательного возбуждения. При параллельном возбуждении одна обмотка ротора питается через контактные кольца от сети, а другая – вспомогательная – соединяется с коллектором, который имеет двойную трехфазную систему щеток. При этом обмотка статора состоит из трех отдельных секций – фаз. Щетки каждой фазы могут как сдвигаться, так и раздвигаться. Такие трехфазные коллекторные двигатели переменного тока иногда применяются в прядильной, резиновой и полиграфической промышленности.

Командоаппарат

Командоаппарат – это аппарат для переключения в электрических цепях управления, применяемый в электрических машинах и аппаратах при автоматическом управлении, а также в автоматических схемах электропривода.

Подразделяются командоаппараты на пневматические, гидравлические и электрические. Самыми распространенными являются электрические командоаппараты, которые способны замыкать цепь катушек с малой силой тока в электромагнитных контакторах. Командоаппаратом в электротехнике зачастую называют командоконтроллеры и кнопочные посты управления. Командоконтроллер – это командоаппарат дистанционного управления с ручным или электрическим приводом, который переключает электроцепь с помощью кулачкового контроллера. Данный контроллер снабжен блок-контактами, которые последовательно замыкают или размыкают приводной вал. Чаще всего данный аппарат используется в цепях управления постоянного тока напряжением до 440 В и переменного тока напряжением до 500 В.

Коммутатор

Коммутатор – это устройство для изменения соединений в электрической цепи.

Коммутатор применяют в энергетике, электротехнике, радиотехнике и проводной связи, деля их на сильноточные и слаботочные. К сильноточным коммутаторам относятся энергетические, в свою очередь, подразделяющиеся на перекидные, вращающиеся и продольно перемещающиеся. Перекидные коммутаторы применяют в электрической цепи постоянного и переменного тока до 1000 А при напряжении 500 В, приводимые в действие каким-либо переключателем. Вращающиеся и продольно перемещающиеся коммутаторы скользят по ряду неподвижных контактов с помощью нескольких ползунов. К таким коммутаторам относятся реостаты, контроллеры и командоаппараты. Элементные коммутаторы могут играть роль измерителей последовательно соединенных аккумуляторов и называются зарядным или разрядным устройством. К сильноточным коммутаторам можно отнести коллекторы электрических машин, в которых для коммутирования тока с большим количеством переключений в единицу времени применяются действующие без разрыва цепи и механического износа контактов ионные и магнитные коммутаторы. К слаботочным цепям относят коммутаторы, которые применяются в телеграфной и телефонной связи, а также в радиотехнических устройствах и телемеханике. Телеграфные коммутаторы иногда бывают ломельные, т. е. состоящие из перпендикулярных латунных реек, изолированных друг от друга, и штепсельные. Телефонный коммутатор – это устройство, которое применяется в телефонной связи при ручном соединении абонентов. Он состоит из вызывного телефонного клапана и реле, которое замыкает телефонную цепь. Шнуровая пара телефонного коммутатора состоит из соединительного шнура, телефонного ключа, приборов сигнализации отбоя. Ключи и штепсели расположены на горизонтальной панели, а клапаны и отбойные лампы – на вертикальной панели.

В радиотехнике коммутатор применяют для изменения соединений приемника с антенной. Сюда включается: переключатель диапазонов, многополюсные галетные переключатели. К данным коммутаторам можно отнести передающие радиостанции, радиолокаторы, ионные разрядники и искровые технические разрядники.

Конденсатор

Конденсатор – это устройство, состоящее из двух проводников, разделенных диэлектриком. Емкость конденсатора возрастает с увеличением поверхности проводника-обкладки ис уменьшением расстояния между ними. При подключении в конденсаторе накапливается электрический заряд, а в диэлектрике создается электрическое поле. Это приводит к возникновению поляризации. При изменении напряжения источника происходит изменение и заряда, и электрического поля, и емкость становится равна С = q/U, где емкость измеряется в фарадах, микрофарадах и сантиметрах. Рабочее напряжение конденсатора зависит от прочности диэлектрика и обкладок. То напряжение, которое конденсатор может выдержать без пробоя не менее 10 000 ч, называется испытательным напряжением. Помимо испытательного напряжения, к основным характеристикам конденсатора относят сопротивление изоляции, постоянное время, реактивное сопротивление и угол потерь, зависящий от свойств диэлектрика, его металлических обкладок, температуры и частоты. При включении на постоянное напряжение конденсатор заряжается от источника напряжения, сквозь него проходит ток утечки, равный отношению напряжения к сопротивлению цепи, и создается электрическое поле, в котором энергия равна А = CU2I2 Дж. При включении конденсатора на переменное напряжение получаем наличие активного тока, связанного с процессами в диэлектрике, что приводит к потерям электрической энергии, которая восполняется за счет источников переменного напряжения. По виду применения конденсаторы делят на конденсаторы низкого напряжения низкой частоты, конденсаторы высокого напряжения постоянного тока, конденсаторы низкого напряжения высокой частоты и конденсаторы высокого напряжения низкой частоты.

Типы электрических конденсаторов

1. Конденсаторы с газообразным диэлектриком отличаются независимостью емкости от частоты и полной восстанавливаемостью после пробоя. Широко применяются в радиоаппаратуре. Подвижные пластины такого конденсатора – ротор – поворачиваются вокруг неподвижного статора, что приводит к плавному изменению емкости, состоящей либо из азота под давлением 20 атмосфер, либо из шестифтористой серы под давлением 8 атмосфер, что приводит к повышенному рабочему напряжению.

  2. Вакуумные конденсаторы не зависят от атмосферного давления, поэтому применяются в авиационной аппаратуре.

  3. Конденсаторы с жидким диэлектриком имеют большую емкость и большие потери, из-за чего применяются только в измерительных целях.

  4. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком применяются в радиоаппаратуре. Чаще всего диэлектрики бывают стеклянные с малой удельной емкостью, слюдяные, применяемые в опрессованной высокочастотной аппаратуре, керамические диэлектрики, применяемые в виде дисков с посеребренной поверхностью горшечного и бочоночного типов в контурах высокочастотных цепей.

  5. Конденсаторы с органическим твердым диэлектриком получаются путем намотки из фольги, что приводит к дешевизне производства и большой удельной емкости, но ухудшает электроизоляционные свойства данного конденсатора.

  6. Бумажные конденсаторы – это самый распространенный тип конденсатора, используемый в электротехнике сильных токов и высоких напряжений, благодаря пропитанному жидким диэлектриком составу.

  7. Полистирольные конденсаторы имеют высокое сопротивление изоляции и занимают промежуточное положение между бумажными и слюдяными конденсаторами.

  8. Электролитический конденсатор отличается ото всех других большой удельной емкостью, ее униполярностью, т. е. функционирует только тогда, когда на вывод подан «плюс», а на корпус – «минус».

Конденсаторы широко применяются как в радиотехнике, так и в электротехнике.

Конденсаторный электродвигатель

Конденсаторный электродвигатель – это однофазный асинхронный электрический двигатель, имеющий две обмотки на статоре. Одна из обмоток соединена с конденсатором для получения вращающегося магнитного поля, где ось обмоток расположена под углом 180°. Первая обмотка присоединена к однофазной сети с напряжением, а вторая обмотка присоединена к той же сети через конденсаторы, которые создают сдвиг фаз между токами обмоток, что приводит к появлению вращающегося магнитного поля. Когда сдвиг фаз между токами составляет 90%, а вращающееся поле становится круговым, наступает наибольший момент вращения. При пуске включаются оба конденсатора. После разбега ротора электродвигателя первый конденсатор автоматическим центробежным выключателем отключается от сети.

Конденсаторный электрический асинхронный двигатель приближен к трехфазному асинхронному двигателю той же мощности. Если для выполнения работы не требуется усиление пускового момента, то первый конденсатор с выключателем вообще убираются из схемы. И хотя пусковой момент снизится, но рабочие свойства сохранятся, что немаловажно для их применения в приводах малой мощности (до 1кВт).

Контактная аппаратура

Контактная аппаратура – это аппаратура, благодаря которой электрический ток может проходить из одного проводника к другому. К контактной аппаратуре относятся контактор, контактные выпрямитель, датчик, провод и рельс, а также электрический контакт и контактная сеть.

Виды контактной аппаратуры

1. Контактор – это электромагнитный аппарат для дистанционного и автоматического управления с контактами для частых включений и переключений электрических цепей переменного и постоянного тока низкого напряжения. Необходим для запуска и остановки электродвигателей, для осуществления производственных автоматических процессов, возбуждающих генераторы большой мощности. Для постоянного электрического тока контакторы изготавливаются одно– и двухполюсные, а для переменного тока – многополюсные. При правильной эксплуатации контакторы работают в режиме 600 размыканий в час.

  2. Контактор постоянного тока необходим для управления тяговых двигателей трамваев, троллейбусов, электричек при использовании номинального тока до 600 А при напряжении 650 В.

  3. Контактор с качающимся якорем электромагнита, применяемый в промышленном производстве, состоит из угольника с сердечком, который располагается внутри катушки с обмоткой. Якорь магнитопровода, поворачивающийся на призме, имеет подвижный контакт пальцевого типа. Неподвижный контакт расположен на изоляционной плите угольника. При включении катушки якорь притянется и контакты замкнутся, при этом скорость нарастания потока зависит от индуктивного и активного сопротивления катушки и от вихревых токов в магнитопроводе. Контакты снабжаются дугогасительным устройством, с помощью которого создают магнитное поле, выдувающее дугу. Этот тип контактора обладает высокой электрической износоустойчивостью. С целью уменьшения тока в катушке добавляется «экономическое сопротивление».

  4. Контакторы переменного тока предназначаются для управления только асинхронными электрическими двигателями, установленными на электрических станках и в лифтах помещений.

  5. Контактор механический – это электрический выключатель, связанный с управлением транспортными механизмами и арматурой трубопровода с гидравлическими и пневматическими приводами.

  6. Контактный выпрямитель – это электромагнитный преобразователь переменного тока в постоянный, где якорь производит колебания с двойной частотой переменного тока и коммутирует его в полуволны постоянного тока.

  7. Контактный датчик – это электроконтактная головка измерительного или регулирующего устройства, реагирующая на размер, форму изделия, давление, температуру и скорость объекта. Датчик может замыкать электрическую цепь. Контактный датчик прост в устройстве и дешев по себестоимости, но у него вследствие искрообразования быстро изнашиваются контакты.

  8. Контактный провод – это голый воздушный троллей, передающий электроэнергию движущимся электровозам по проводу токоприемника. Контактный провод изготавливается способом волочения из меди и бронзы. Для уменьшения износа применяют алюминиевые провода со стальной контактной вставкой. Существует четыре типа профилей контактных проводов: круглые, желобчатые, восьмерочные и овальные.

  9. Контактный рельс – это стальной провод, напоминающий ходовой рельс, предназначенный для передачи электрической энергии по скользящему токоприемнику к движущимся электровозам и применяемый в метрополитене, в туннелях, в районах, где возможны снежные заносы. Токоприемник контактного рельса прикрепляется к расположенным под рессорами буксом, благодаря чему на него не передаются колебания кузова.

  10. Электрический контакт – это соприкосновение двух проводников, через которые электрический ток может проходить от одного проводника к другому. Различают несколько видов электрических контактов. Неподвижный контакт, созданный с помощью электрической сварки. Подвижный контакт – тот, где один проводник неподвижен, а второй имеет возможность в виде выключателя соприкасаться или удаляться от него. Скользящий контакт, где один из проводников скользит по другому, например в асинхронном двигателе. Катящийся контакт, где токосъемный ролик катится по контактному проводу. При электрическом контакте большое значение имеет электрическая эрозия, при которой происходит перенесение материала с одного электрода на другой под действием электрического заряда.

  11. Контактная сеть – это система проводов и всех конструкций, которые служат для передачи электрической энергии движущимся электромашинам. Сюда относятся контактные рельсы, контактные провода, токоприемники и электровозы. На городских электрических дорогах для уменьшения числа контактных опор делают контактные подвески, к которым крепятся контактные электрические провода.

Контроллер

Контроллер – это аппарат ручного или ножного управления, который осуществляет запуск, регулирование и электрическое торможение электродвигателей постоянного и переменного тока.

Чаще всего используется в управлении электродвигателями трамваев, троллейбусов, поездов метро, электровозов, тепловозов и подъемных кранов.

Состав контроллера

Контроллер состоит из контактной системы, приводного механизма с рукояткой, корпуса и кожуха. В электродвигателях малой мощности контроллер включается напрямую в силовую цепь для создания разрыва контактов.

Существуют контроллеры барабанные, тяговые и кулачковые.

Барабанные контроллеры имеют мощность электродвигателя 45 кВт постоянного тока и 75 кВт переменного тока. Допускается 240 включений контроллера в час. При вращении барабана сегменты, состоящие из меди, образуют различные схемы соединения. Например, одна рукоятка может иметь от 4 до 8 схем соединений и фиксироваться установленным на валу храповым механизмом.

Кулачковые контроллеры необходимы для управления двигателями большей мощности и большим числом включений. Они имеют большой срок службы и состоят из элементов контакторного типа, которые замыкаются и размыкаются кулачковыми шайбами, насаженными на вал.

Тяговые контроллеры имеют несколько рукояток: ездовую, реверсивную, тормозную и селективную, каждая из которых выполняет ту функцию в двигателе, по которой получила свое название. Например, ездовой рукояткой при переключении с одной позиции на другую включаются пусковые реостаты в силовой электрической цепи или полностью изменяется схема соединений тяговых электродвигателей. Количество позиций у данных контроллеров 40—42 по соответствию с включенными реостатами.

Контактная система контроллеров из-за воздействия высокой температуры электрической дуги, которая возникает во время размыкания палиц и сегмента, подвергается большому механическому и электрическому износу. Данный износ можно сократить с помощью искрогасительной катушки.

Линейный трансформатор

Линейный трансформатор – это трансформатор, который применяется в телефонной связи для согласования четырехполюсных сопротивлений с сопротивлением нагрузки по всей полосе передаваемых частот. Так как линейный трансформатор изолирован от станционной схемы, то он устраняет влияние асимметрии на всю линию передачи и образует фантомную цепь.

Линия электропередачи

Линии электропередачи – это сооружения, которые предназначены для передачи электрической энергии на большие расстояния. Все линии электропередачи образуют высоковольтные электрические сети и являются основой энергетической системы.

Впервые о создании линии электропередачи заговорил М. В. Ломоносов в 1750 г., мечтая об электрификации всех городов России. Его мечту попытался осуществить в 1875 г. Ф. А. Пироцкий, который смог достигнуть передачи электричества мощностью 4,5 кВт на один километр. В этот период Д. А. Лачинов теоретически обосновал возможность электрической передачи энергии на большие расстояния при повышенном напряжении и большой мощности. В 1882 г. француз М. Депре испытал линию постоянного тока при напряжении 1500—2000 В с мощностью генератора 3 кВт на длину 57 км. В 1876 г. П. Н. Яблочковым был создан трансформатор, позволяющий переводить постоянный ток в переменный, а также благодаря созданной системе переменного трехфазного тока М. О. Доливо-Добровольского. Линия электропередачи длиной 170 км была построена в России в 1891 г. По ней проходил трехфазный ток напряжением 15 кВ с мощностью генератора 230 кВт и КПД передачи около 75%. Но по-настоящему строительство линий электропередачи началось лишь по плану ГОЭЛРО в 1920 г. Уже через два года была построена линия от Каширской станции напряжением 110 кВ. В 1932 г. от Днепрогэса созданы линии электропередачи напряжением 154 кВ. Дальнейшее развитие энергетики во всех странах базировалось на уже имеющихся электрических станциях и сопровождалось созданием высоковольтных электроэнергетических систем.

Важнейшей характеристикой является напряжение, величина которого зависит от передаваемой мощности и длины линии электропередачи. По своему конструктивному выполнению линии электропередачи подразделяются на воздушные и кабельные.

Воздушные линии электропередачи также разделяются по напряжению на три класса: 35 кВ для питания ответственных нагрузок; 35 кВ для питания обычной нагрузки и все линии до 1 кВ; от 1 кВ и ниже. В воздушные линии электропередачи входят провода, защитные тросы, изоляционный материал, опоры и электроарматура. Провода могут быть однопроволочными, многопроволочными и полыми. Изготовляются провода из меди, алюминия и стали без использования изолирующих оболочек. Самыми популярными считаются сталеалюминиевые провода, в которых высокая проводимость алюминия сочетается с прочностью стали. В сельскохозяйственной электрификации иногда используется оцинкованная стальная проволока, а в районах рек, озер и ущелий – бронзовая, стальная или биметаллическая линии. Полые провода применяются на линиях электропередачи напряжением 220 кВ для увеличения диаметра провода и уменьшения коронного разряда.

Коронирование предотвращается использованием проводов диаметром не менее 10,6 мм, а для линий электропередачи напряжением 400 кВ нужны полые провода диаметром 50 мм. Провода линий электропередачи, напряжение которых составляет менее 35 кВ, устанавливаются на штыревых изоляторах, которые в свою очередь крепятся к опоре на стальных крюках или штырях.

На линиях электропередачи, напряжение которых составляет 35 кВ и более, провод закрепляется специальными поддерживающими зажимами на подвесных гирляндах изоляторов и натяжными зажимами на оттяжных гирляндах изоляторов. Количество изоляторов в гирлянде растет с увеличением напряжения линии электропередачи от 2—3 для 35 кВ до 14—16 для 220 кВ. Изоляторы могут устанавливаться на деревянных, железобетонных или стальных опорах. Линии электропередачи, напряжение которых составляет менее 35 кВ, при малых сечениях устанавливают на деревянных опорах в виде одиночного столба, при больших сечениях – на опорах, состоящих из двух столбов, поставленных А-образно. На линиях электропередачи, напряжение которых составляет 35 и 110 кВ, используются деревянные промежуточные опоры, установленные П-образно, и анкерные опоры (две скрепленные А-образные опоры). Линии электропередачи, напряжение которых составляет 110 и 220 кВ, устанавливаются обычно на стальных опорах. Расстояние между промежуточными опорами составляет для линий с напряжением менее 35 кВ около 50—100 м; для линий с напряжением 35 кВ на деревянных опорах – 100—200 м; для линий в 110 кВ на деревянных опорах – 100—250 м; для линий того же напряжения, но на металлических опорах – 150—350 м; для линий в 220 кВ – 300—500 м.

Прочность всей конструкции линии электропередачи можно проверить по расчетам, обусловленным специальными нормами. При установке проводов и тросов на линии электропередачи проверяют их соответствие установленным нормам, связанным с нагрузкой от своей массы, от веса потенциально образующегося льда, от скорости и давления ветра, от частоты осадков, изменчивости температуры, ее нижних и верхних пределов, а также нормам, связанным с общими климатическими и географическими условиями региона, где проходит линия электропередачи. Все эти условия также влияют на то, как будет построена сама система линий электропередачи, как на ней будут расположены провода и тросы. Изоляция воздушных линий электропередачи терпит на себе воздействие различных атмосферных перенапряжений. Для линий электропередачи, напряжение которых составляет более 110 кВ, также необходима подвеска по всей длине специальных защитных тросов, которые служат для обеспечения нормальной работы линии электропередачи во время грозы. Для линий электропередачи с напряжением менее 110 кВ хватает подвески такого троса только на подходах к распределительным устройствам и подстанциям, а также на концах тросов и в местах, изоляция которых ослаблена, монтируются трубчатые разрядники, в задачи которых входит защита от волн перенапряжения. Большая часть перекрытий изоляции (что происходит из-за грозовых перенапряжений) не повреждается, если используется дугоотводящая арматура. При повторном включении такой линии электропередачи она продолжает свою работу. Во время эксплуатации линий электропередачи за ними идет постоянный присмотр, т. е. периодически проходят осмотры их внешнего состояния, технические проверки, выявляющие какие-либо повреждения и неисправности, а также какие-либо профилактические меры по предупреждению этих неисправностей и повреждений. Также периодически проводят капитальные ремонты линий электропередачи, что значительно улучшает их эксплуатационные качества и показатели, а также увеличивает срок их службы. Ремонт на линиях электропередачи, которые проводят свою работу в сетях с заземленной нейтралью и с наличием пофазного управления, проводится также пофазно, что означает, что при проведении ремонтных работ на одном фазовом проводе остальные не прекращают своей работы. Улучшение эксплуатационных качеств линий электропередачи можно провести, совершенствуя грозозащиту, защиту проводов от вибрации и многих других мер.

На территории городов и заводских объектов чаще всего применяются кабельные линии электропередачи в 3, 6, 10, и 35 кВ. Подведение линии электропередачи к городу и в объекты силовой нагрузки происходит с помощью кабельных линий электропередачи, напряжение которых составляет 110 кВ и более. Для переброски линии электропередачи через какие-либо водные рубежи чаще всего используют кабельные линии электропередачи напряжением в 110—220 кВ. Чаще всего в городах применяются трехжильные кабели в 3—10 кВ, изоляция которых состоит из пропитанной вязкой массой бумаги. Эти кабели имеют общую свинцовую оболочку. Также часто применяются кабели на 35 кВ с освинцованными жилами. Высоковольтные кабели чаще всего являются маслонаполненными или газонаполненными. Располагаются кабели обычных конструкций чаще всего в земляных траншеях, в блоках из труб; при большом количестве кабелей для них создаются специально оборудованные туннели. Маслонаполненные кабели низкого давления, напряжение которых составляет 110 кВ, состоят из медных полых жил, внутрь которых заливается масло, и из бумажной изоляции.

Для контроля над состоянием давления масла маслонаполненный кабель делится на отдельные герметические секции с маленькой разностью вертикальных отметок на концах каждой секции. Применяются маслонаполненные кабели при прокладке линий электропередачи в траншеях, в бетонных каналах и туннелях. Для нормального функционирования маслонаполненных кабелей необходима специальная подпитывающая аппаратура, регулирующая давление масла в кабеле. Такая аппаратура располагается в специально оборудованных подземных колодцах или в надземных киосках. Использование маслонаполненных кабелей, давление масла в которых повышено до 2—3 кг/см2, делает возможным увеличить разность вертикальных отметок. Одной из форм маслонаполненных кабелей является маслостатический кабель. Он состоит из трех одножильных кабелей, с которых снята свинцовая оболочка. Эти кабели прокладываются в специальном стальном трубопроводе, в который загоняется масло под повышенным давлением (14—15 кг/см2). Давление масла в маслостатическом кабеле поддерживается при помощи специальных автоматических насосных агрегатов, которые устанавливаются по концам линии электропередачи.

Газостатические кабели отличаются от маслостатических кабелей тем, что в них загоняется не масло, а азот под давлением 15 кг/см2. Это давление газа в газостатическом кабеле поддерживается автоматическими компрессорными аппаратами. На входе и на выходе кабельной системы монтируются концевые муфты, задачей которых является соединение кабеля с воздушными проводами. Установка концевых муфт происходит на специально оборудованных стальных конструкциях. Кабельные линии переменного тока высокого напряжения являются очень надежными в эксплуатации, но они сочетают в себе массу других, причем весьма серьезных ограничений в использовании, к каковым относятся гораздо более высокая стоимость по отношению к воздушным линиям электропередачи, повышенная сложность ремонта таких линий, более низкое качество применения цветных металлов. Все эти недостатки ограничивают использование кабельных линий высокого напряжения только теми случаями, когда трудно или невозможно использовать воздушные линии электропередачи.

Эксплуатация кабельных линий электропередачи также должна проходить под строгим присмотром за качеством и внешним состоянием кабельной трассы, контролем над ее работой (нагрузки, термальный режим и т. д.), контролем и починкой подпитывающей, компрессорной, насосной и другой аппаратуры, работа которой необходима для функционирования кабельных линий электропередачи. Контроль за маслонаполненной системой кабельных линий электропередачи включает в себя также периодическую проверку термального режима, давления, качества и количества масла и многое другое, а также за эксплуатационными показателями стопорных муфт и маслоподпитывающей аппаратурой. Систематически должны проводиться профилактические испытания изоляции кабелей под повышенным напряжением. Профилактические испытания и проверки дают возможность быстро найти и отремонтировать какие-либо повреждения и неисправности кабельной системы и ее изоляции, т. е. приводят к улучшению работы кабельной системы, ее эксплуатационных качеств, к повышению надежности ее работы и увеличению срока службы кабельных линий электропередачи.

По определенным значениям наибольшей передаваемой мощности и количеству часов применения максимума за определенный срок, которые находятся по электрическим расчетам и в соответствии с технико-экономическими вариантами перспективы развития системы электропередачи на ближайшие несколько лет, происходит выбор напряжения, количества цепей, размера сечения линий электропередачи. Показатель экономичности мощных линий электропередачи – это стоимость передачи 1 кВт/ч электрической энергии, которую находят по расчетам, основанным на ежегодных расходах, которые составляются из финансирования амортизации линий электропередачи, стоимости обслуживания и ремонта этих линий, а также из стоимости потерянной электрической энергии.

Для увеличения пропускных качеств линий электропередачи на дальние расстояния используются статические конденсаторы, которые включаются в каждую цепь данной линии электропередачи дальнего расстояния между переключаемыми объектами или на самих объектах между их шинами. В последнем случае получается продольная компенсация. Продольная компенсация значительно снижает проблемы, связанные с большим расстоянием передачи электроэнергии. Также пропускные качества можно увеличить, включив в линии электропередачи специальные шунтирующие реакторы. Особенностью использования линий электропередачи на дальние расстояния можно считать малую разность напряжений в концах линии электропередачи при очень большом коэффициенте мощности. Но, несмотря на все эти облегчающие работу и увеличивающие дальность электропередачи, аппараты, дальность передачи электрической энергии имеет ограничения, что составляет значительную проблему при электрификации отдаленных объектов. Для решения этой проблемы М. О. Доливо-Добровольский в 1919 г. предложил развивать технику передачи электрической энергии постоянным током высокого напряжения. Система линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения состоит из воздушной (кабельной) линии электропередачи постоянного тока, выпрямительной установки и инверторной установки. В этой системе выпрямительная установка преобразует переменный ток в постоянный на одном конце, а инверторная преобразует постоянный ток в переменный – на другом.

Виды линий электропередачи

Линии электропередачи делятся на линии передачи высокого напряжения и линии передачи низкого напряжения.

  1. Линии передачи высокого напряжения состоят из проводов, опорных пунктов, изоляции, кабелей, каналов, траверс, арматуры и другого оборудования, которое предназначается для передачи электрической энергии на дальние расстояния и под высоким напряжением. Под высоким напряжением предполагается напряжение более 250 В. Но линии чаще всего работают под напряжением более 500 В. Применяются линии передачи высокого напряжения в качестве линий электропередачи с напряжением в 35, 110, 220 и 400 кВ для передачи огромного количества электрической энергии на дальние расстояния, но находят свое применение и в распределительных станциях.

  2. Линии передачи низкого напряжения составлены практически из тех же составляющих, но с учетом эксплуатации данных линий под низким, а не высоким напряжением. Низкое напряжение – это напряжение, значение которого составляет менее 250 В. Такие линии электропередачи представляют собой завершающее звено в распределении электрической энергии к потребителям, также такие линии применяются для связывания низковольтных источников тока с низковольтными сетями и токоприемниками. Линии передачи низкого напряжения применяются в цехах предприятий, в сельскохозяйственной электрификации, на электротранспорте, для соединения бытовых потребителей и т. д.

Линии передачи низкого напряжения имеют повышенную изоляцию. Они делятся на воздушные и кабельные. Первые используют воздух как изоляцию между проводами. Провода крепятся в такие места, которые соответствуют безопасности не только самой электроснабжающей линии, но и окружающих ее объектов.

Опоры линии передачи низкого напряжения – это деревянные столбы, которые обычно обрабатывают антисептиками для предотвращения процессов гниения древесины. Кабельные линии передачи низкого напряжения меньше подвержены воздействию внешних факторов, но за их состоянием намного сложнее следить, да и ремонт таких линий также сопряжен с определенными сложностями, что ограничивает их применение. Степень нагрузки на кабельные линии должна быть меньше, чем у воздушных линий того же сечения, что обусловлено затрудненным охлаждением таких линий.

Машина переменного тока

Машина переменного тока – это электронное устройство:

  1) для получения переменного тока (напряжения);

  2) преобразования электрической энергии переменного тока в механическую;

  3) преобразования электрической энергии переменного тока в электрическую энергию другого напряжения или частоты.

К машинам переменного тока относятся асинхронные и синхронные двигатели, сельсины.

Основой конструкцией асинхронного двигателя является неподвижная часть, именуемая статором, и вращающаяся часть, называемая ротором, в статоре размещается обмотка, создающая магнитное поле. Имеется разновидность асинхронных двигателей с фазным ротором. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку (для трехфазного двигателя). Концы фаз объединены в общую точку, а начала фаз выведены к трем контактным кольцам, которые размещаются на валу. На кольца крепятся неподвижные контактные щетки, к которым подключают пусковой реостат. При запуске двигателя сопротивление пускового реостата плавно уменьшают до нуля. Ротор вращается асинхронно, т. е. частота вращения его меньше частоты вращения поля статора.

В отличие от асинхронного двигателя в статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле, а ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения.

Через контактные кольца обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока. Ток, протекающий в обмотке возбуждения, создает магнитное поле, намагничивающее ротор. Частота вращения синхронного двигателя, в отличие от асинхронного двигателя, постоянна при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы).

Сельсины – это информационные электрические машины переменного тока. Они вырабатывают напряжения, амплитуды и фазы которых определяются угловым положением ротора. Сельсины предназначены для осуществления согласованного вращения или поворота механизмов без общего механического вала. Используются два режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный. В индикаторном режиме происходит передача на расстояние угла поворота механической системы, в трансформаторном режиме передается сигнал, воздействующий на исполнительный механизм таким образом, чтобы заставить его отработать заданный поворот.

Машина постоянного тока

Машина постоянного тока – это электронное устройство:

  1) для получения постоянного тока (напряжения);

  2) преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (напряжения);

  3) преобразования электрической энергии переменного тока в электрическую энергию другого напряжения или частоты.

Конструкция, принцип действия

Электрическая машина постоянного тока состоит из неподвижной части, которая называется индуктором, и вращающейся части – якоря с барабанной обмоткой. Индуктор представляет собой станину 1 цилиндрической формы. Она изготавливается из ферромагнитного материала. На станине закрепляются полюсы с обмоткой возбуждения, которая создает основной магнитный поток. Магнитный поток можно создать постоянными магнитами. Их также укрепляют на станине. Якорь состоит из сердечника, обмотки, уложенной в пазы сердечника и коллектора. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник якоря набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На поверхности якоря располагаются проводники якорной обмотки. Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами. Для обеспечения контакта в электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство – коллектор, который устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая пластина соединяется с одним или несколькими проводниками якорной обмотки, а на коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С их помощью вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Микродвигатель электрический

Микродвигатель электрический – это машина, способная преобразовывать электрическую энергию постоянного или переменного тока в механическую, используя мощность до 0,5 кВт. Данный микродвигатель широко применяется в современных машинах в качестве исполнительных устройств регулирования и автоматического управления.

Микродвигатель электрический находит применение в маломощных устройствах автоматики и управления летательными аппаратами, судами, в бытовых электроприборах, в киноаппаратуре, фотоаппаратуре, радиоаппаратуре.

Микроэлектромашина

Микроэлектромашина – это электрическая машина с мощностью до 0,5 кВт для общего и специального применения. Микромашины электрические общего применения в пределе мощности зависят от типа машин. К ним относятся асинхронные двигатели до 400 Вт, асинхронные микродвигатели с коротким замкнутым витком на полюсе, синхронные реактивные двигатели, коллекторноуниверсальные двигатели мощностью до 600 Вт. Для их изготовления используются пластические массы и пластическое литье под давлением.

Микромашины электрические специального применения включают в себя большое разнообразие типов напряжений, мощностей и схем, в автоматике, телемеханике, в звукозаписи и звуковоспроизведении, а также в авиации, автомобиле– и судостроении. Большее количество данных машин имеет автоматическое устройство. Это и сервомоторы, и тахометрические электрические машины, и поворотные трансформаторы, и сельсины, и телегоны для синхронной связи. Для синхронной связи очень малой мощности применяют основанные на изменении магнитной проницаемости магнитопровода магнесины. Мощность всех электрических микромашин колеблется от десятых долей Вт до 10 Вт при КПД до 75%. У всех данных машин разные конструкции, размеры и формы, так как они зависят от того оборудования, для которого предназначались.

Микромер индуктивный

Микромер индуктивный – это электромеханический аппарат, измеряющий наружные размеры машин контактным методом. При этом стержень датчика индуктивного микромера связан с якорем, который перемещается в магнитопроводах индуктивных катушек, и питается через трансформатор переменным током. При перемещении стержня меняются положение якоря и соответственно сила тока. Индуктивный микромер настраивается по блоку на заданный размер и устанавливается на столе приборов, где можно отделить его контактную часть от отчетной.

Мультивибратор (технический)

Мультивибратор (технический) – это двухламповый генератор с несинусоидальными колебаниями, применяемый в радиотехнике с целью получения различных импульсов деления частоты и переключений электрических цепей. Колебания мультивибратора относятся к классу электрических релаксационных. Поэтому их автоколебания могут возникнуть только при определенных соотношениях между крутизной лампы и сопротивления. Длительность определяется временем и изменяется от уровня до потенциала отпирания и величины скачка напряжения. В этом случае анодный ток в лампе – нулевого напряжения.

Существуют две модификации мультивибраторов: ждущий и спусковой. Ждущий мультивибратор с устойчивым равновесием имеет запертую лампу. В спусковой схеме существует два состояния равновесия, при которых из одного устойчивого состояния на сетку подается положительно запущенный импульс, что приводит к скачкообразному переходу.

Плата

Плата – это пластина, состоящая из электроизоляционного материала прямоугольной формы, которая применяется в электронике и электротехнике. Плата является основанием для установки, закрепления и соединения навесных элементов. Микроплаты зачастую применяют в микромодулях. Печатные платы используют для печатного монтажа. Платы-основания необходимы для блоков с функциональными узлами.

Полевой транзистор

Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, канальный транзистор, в нем ток меняется под воздействием перпендикулярного току электрического поля, которое создается входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока объясняется носителями заряда лишь одного знака (дырками или электронами), поэтому подобные приборы носят название униполярных (в отличие от биполярных). По механизму работы и физической структуре полевые транзисторы условно разделяются на две группы. Первую образуют полевые транзисторы с переходом металл – полупроводник или управляющим р-n-переходом, вторую – полевые транзисторы с управлением с помощью изолированного затвора, так называемые транзисторы МДП (металл – диэлектрик – полупроводник). В последних как диэлектрик применяют слоистые структуры. К полевым транзисторам с изолированным затвором можно отнести также полевые транзисторы с накоплением заряда в изолированном затворе (их используют как элементы электронной памяти) и полевые транзисторы с плавающим затвором. В полевых транзисторах в качестве полупроводника применяют, как правило, Si и GaAs, а в качестве металлов, которые образуют переход, – Al, Mo, Au. Полевые транзисторы изобретены в 50—70-гг. XX в. на базе работ американских ученых Д. Канга, У. Шокли, С. Мида, М. Аталлы и др.

В полевых транзисторах первой группы управляющим затвором является металлический или полупроводниковый электрод, который образует с полупроводником канальной области переход металл – полупроводник или р-n-переход. На затвор подается напряжение, которое уменьшает ток, протекающий от истока к стоку: при увеличении данного напряжения область пространственного заряда перехода (область, обедненная носителями заряда) продвигается в канальную область и снижает проводящее сечение канала. При некотором значении напряжения затвора, напряжении отсечки ток в приборе исчезает.

В полевых транзисторах с изолированным затвором управляющий металлический электрод отсоединен от канальной области с помощью тонкого слоя диэлектрика (0,05—0,20 мкм). Канал может быть или создан технологическим способом (встроенный канал), или произведен напряжением, которое подается на затвор в рабочем режиме (индуцированный канал). Прибор в зависимости от этого имеет соответствующую передаточную характеристику.

Полевые транзисторы широко используют в электронной аппаратуре для усиления электрических сигналов по напряжению и мощности. Полевые транзисторы – твердотельные аналоги электронных ламп, характеризующиеся сходной системой параметров – напряжением отсечки (0,5—20 В), крутизной характеристики (0,1—400 мА/В), входным сопротивлением по постоянному току (1011—1016 Ом) и т. д.

Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом имеют среди полупроводниковых приборов наиболее низкий уровень шумов (в основном тепловые шумы) в широкой области частот – от инфранизких до СВЧ (коэффициент шума самых хороших полевых транзисторов < 0,1 дБ на частоте 10 Гц и ~ 2 дБ на частоте 400 МГц). Мощность рассеяния полевых транзисторов данного типа может доходить до нескольких десятков ватт. Их основным недостатком является сравнительно высокая проходная емкость, которая требует устранения ее при значительном усилении. В полевых транзисторах с переходом металл – полупроводник достигнуты самые высокие рабочие частоты. Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют высокое входное сопротивление по постоянному току (до 1016 Ом, что на 2—3 порядка выше, чем у остальных полевых транзисторов, и сопоставимо с входным сопротивлением лучших электрометрических ламп).

В области СВЧ уровень шумов и усиление у этих полевых транзисторов: динамический диапазон > 100 дБ, коэффициент шума на частоте 2 ГГц около 3,5 дБ и предельная частота усиления по мощности около 10 ГГц, но они лучше по параметрам помехоустойчивости и избирательности (из-за строгой квадратичности передаточной характеристики). Относительная простота производства и схемная специфичность построения дали возможность применять их в больших интегральных схемах устройств вычислительной техники.

Преобразовательная техника

Преобразовательная техника – это целый ряд аппаратов, в цели которых входит преобразование электрического тока в какой-либо другой тип энергии или преобразование постоянного электрического тока в переменный.

Виды преобразовательной техники

1. Преобразователи акустические – аппараты, которые преобразуют электрическую энергию в энергию звука и проводят обратное, т. е. преобразуют энергию звука в электрическую. К акустическим преобразователям относятся различные громкоговорители, телефоны, ларингофоны, рекордеры, звукосниматели, микрофоны и т. д. Акустические преобразователи бывают контактными, магнитоэлектрическими, пьезоэлектрическими, электростатическими и магнитострикционными.

Последние четыре акустических преобразователя служат для преобразования звуковых колебаний в электрическую энергию. Практически все акустические преобразователи основаны на воздействии колебаний звука на какие-либо мембрану, пластину, электрическое поле в зависимости от того, на чем основан данный вид акустического преобразователя.

  2. Преобразователи каскадные – электрические аппараты, значение которых состоит в преобразовании постоянного тока в переменный. Имеют очень сложную и дорогостоящую конструкцию и поэтому не получили практического применения. Каскадный преобразователь состоит из асинхронного двигателя и одноякорного преобразователя.

  3. Преобразователи одноякорные – электрические аппараты, использование которых заключается в преобразовании постоянного тока в переменный и переменного тока в постоянный. Чаще применяются для второго процесса.

  4. Пьезоэлектрический преобразователь – агрегат, способный создать ЭДС. Все процессы в данном преобразователе происходят благодаря пьезоэлектрическому эффекту, позволяющему с помощью механического воздействия получить ЭДС.

  5. Электромашинные преобразователи тока – электрические аппараты, нашедшие свое применение в преобразовании рода тока, напряжения, числа фаз и частоты. Чаще всего электромашинные преобразователи тока состоят из нескольких машин преобразования такого рода. Наиболее часто используется вид, называемый «двигатель-генератор», который составляют две машины, присоединенные друг к другу муфтой. В двигателе-генераторе применяются асинхронная или синхронная машина как двигатель и машина постоянного тока с параллельным, независимым, смешанным возбуждением как генератор. Его отличают плавное регулирование напряжения, очень высокие показатели надежности, возможность серийного производства, а также низкий КПД. Последний критерий ограничивает использование электромашинных преобразователей тока только теми случаями, когда необходимо плавное изменение напряжения, в других же ситуациях, даже сходных с функциями данного аппарата, использование находят другие машины, КПД которых превосходит КПД электромашинного преобразователя тока.

  6. Ламповый преобразователь частоты – аппарат для преобразования электрических колебаний с одной частотой в колебания, частота которых будет отличаться от изначальных. Чаще всего применяется в работе супергетеродинных приемниках. В этих приемниках преобразователи частоты имеют одну или две сетки управления. В первом случае – это анодный детектор, используемый в радиоприемниках, телевизорах, а также в устройствах связи. Преобразователь частоты, имеющий две сетки управления, нашел свое применение в радиовещательной технике.

  7. Электромашинный преобразователь частоты – электрический аппарат, используемый для трансформации частоты переменного тока. Основным отличием от остальных является использование в его конструкции коллектора.

  8. Электрический преобразователь – аппарат, необходимый при трансформации параметров электрического тока. Часто используется трансформация переменного электрического тока в постоянный, что производится с помощью различных выпрямителей тока. Обратное менее популярно, но также применяется.

В этом электрическому преобразователю помогает использование в его конструкции таких приборов, как инверторы, зуммеры, токовращатели, и многих других. Увеличивают мощность электрического преобразователя электромашинные усилители и электронные усилители, такие как кристаллический и магнитный. Фазопреобразователи меняют число фаз.

  9. Преобразовательная подстанция – целый комплекс приборов, позволяющих трансформировать переменный электрический ток в постоянный, постоянный ток в переменный, оба процесса вместе, преобразовывать уровень напряжения, показатели мощности, фазы тока и частоту. Все качества преобразовательной подстанции зависят от ее специфического назначения, а также свойств питающей сети и потребителей электрического тока. На преобразовательных подстанциях нашли свое использование электромашинные преобразователи тока и вентильные преобразователи, в качестве которых применяют полупроводниковые выпрямители, а для питания постоянным током – газотроны. В промышленности и электротранспорте распространенными являются ртутные выпрямители, у которых при напряжении свыше 400 В очень высокий КПД. Преобразовательные подстанции для электролиза расплавленных сред и водных растворов являются самыми мощными и сложными. На данных электростанциях происходит электролитическое получение алюминия, цинка, магния и азотистых веществ. Подстанции с ртутными выпрямителями применяются в работе радиостанций, где питают анодные цепи электронных ламп постоянным током высокого напряжения. Для станций, где питание цепей требует регулирования и постоянного напряжения, используют тиратронные и механические выпрямители.

  10. Преобразовательные лампы – это лампы, используемые как для генерирования напряжения вспомогательной частоты, так и для сложения напряжения с напряжением приходящих колебаний. В некоторых супергетеродинных радиоприемниках заменяют и гетеродин, и смесительную лампу, так как в их качестве используются пентагрид и актод.

Реактор электрический

Реактор электрический – это электрическое устройство, основной задачей которого является контролирование величины токов короткого замыкания и сохранение состояния напряжения на шинах распределительных электрических устройств в условиях короткого замыкания в электрической сети.

Электрический реактор состоит из катушки, в которой отсутствует стальной сердечник. Индуктивность электрического реактора остается неизменной, и на нее не оказывают влияния изменение силы тока и другие явления. Электрические реакторы бывают линейными и шинными. Задачей шинных электрических реакторов является снижение токов короткого замыкания и в самой электрической сети, и в самой установке в условиях короткого замыкания в секциях сборных шин. В своей основе снижение напряжения в условиях короткого замыкания совершается в самом реакторе. Эта особенность как раз и поддерживает необходимое напряжение на шинах. По своей конструкции электрические реакторы бывают сухими и масляными. Первые необходимы для установки в закрытых распределительных устройствах, напряжение которых составляет до 35 кВ. Взаимосвязь среди витков обмоток достигается с помощью бетонных колонн.

Изоляция фаз электрического реактора осуществляется с помощью опорных изоляторов. Для снижения электродинамических сил катушка центральной фазы электрического реактора имеет противоположное направление обмотки витков по отношению к катушкам крайних фаз.

Масляные электрические реакторы необходимы для установки в открытых распределительных аппаратах, напряжение которых – от 35 кВ. Эти реакторы составлены из 1—3 катушек, которые в свою очередь расположены в железном баке со специальным трансформаторным маслом.

Для недопущения перегрева бака используют компенсацию магнитного потока экранированием или при помощи дополнительного магнитопровода его шунтируют, что также делается в случаях применения магнитной защиты.

Использование электрического реактора позволяет улучшить надежность различных электрических аппаратов, а также разрешает использование оборудования, которое рассчитано на ограниченные токи короткого замыкания. Электрические реакторы нашли достаточно широкое применение при запуске синхронных двигателей и компенсаторов.

Запуск с помощью электрического реактора более дешев и прост, нежели применяемый до него запуск с использованием автотрансформаторов.

При использовании электрических реакторов необходимо учитывать их конструктивные особенности: сухие электрические реакторы удобны, просты, но могут использоваться только в закрытых помещениях, масляные сложнее и дороже, но у них нет ограничения по месторасположению во время их использования.

Резистор

Резистор – это специальное электротехническое устройство, имеющее определенное активное сопротивление электрическому току и применяемое для ограничения этого тока. В задачи резистора входит создание необходимого электрического сопротивления цепи.

Промышленность выпускает резисторы, сопротивление которых задается согласно стандартам.

Различают следующие виды резисторов: с отводами, с постоянным и переменным сопротивлением. Резистор с переменным сопротивлением – это реостат. Переменные резисторы – с разрывом цепи, без разрыва цепи, переменные (реостаты) со ступенчатым регулированием, саморегулирующиеся нелинейно, например в зависимости от параметра внешней среды.

Основные параметры резисторов: величина сопротивления электрическому току, указанному на корпусе резистора, класс точности в процентах, мощность рассеивания поверхностью резистора в виде тепла, температурный коэффициент сопротивления (ТКС), показывающий, на какую величину изменилось сопротивление при повышении от температуры резистора.

Резисторы применяются в электрических цепях низкого напряжения в качестве пусковых, тормозных, регулирующих, разрядных устройств и др.

В качестве материала для резисторов используются металлы, их сплавы, уголь а также различные соединения с высоким удельным сопротивлением – в широком диапазоне их номинальных значений (от единиц Ом до десятков тысяч Ом) и с допустимыми токами до сотен ампер.

В зависимости от назначения и вида конструкции различают переменные и постоянные резисторы. Резисторы с подвижным контактом называются переменными.

Величина такого резистора определяется местоположением подвижного контакта. Если величина сопротивления не меняется, то такой резистор называется постоянным. Они получили широкое распространение не только в электрических цепях, но и в электронных устройствах.

Релаксатор

Релаксатор – это особый тип генератора, который получает электрические колебания несинусоидальной формы.

Конструкция релаксатора

Релаксатор состоит из электронной или неоновой лампы (нелинейного элемента), активного сопротивления и различных накопителей энергии. Принцип работы релаксатора состоит в том, что периодически заряжаются и разряжаются накопители энергии. Данный эффект происходит благодаря нелинейному элементу и активному сопротивлению. Расход энергии за интервал времени колебаний в активном сопротивлении сопоставим с количеством накапливаемой за тот же период в накопителях энергии. Релаксаторами являются такие приборы, как мультивибратор, генератор пилообразного напряжения, блокирующий генератор, и многие другие.

Релаксационный генератор

Релаксационный генератор – это импульсный генератор, источник электрических негармонических колебаний, часто с широким спектром. К основным элементам релаксационного генератора относятся реактивный накопитель энергии (емкостный или индуктивный) – нелинейный элемент с вольт-амперной характеристикой, имеющей падающий участок, благодаря чему такой элемент приобретает гистерезисные свойства. Эти свойства обусловливают чередование двух основных стадий работы релаксационного генератора – стадии запасания в накопителе энергии от питающего источника постоянного тока (напряжения) и стадии релаксации, когда накопитель освобождается от значительной части энергии (она рассеивается в нелинейном элементе и активных элементах релаксационного генератора, например в резисторах). Максимально запасенная энергия и отдаваемая накопителем – соизмеримы. Это характерная отличительная особенность релаксационного генератора. В качестве нелинейного элемента в релаксационных генераторах применяют газоразрядные приборы (тиратроны, неоновые лампы), электронные лампы, транзисторы, тиристоры, туннельные диоды и другие либо усилительные каскады (транзисторный, ламповый) с положительной, обратной связью.

Наиболее распространенные релаксационные генераторы – это мультивибраторы, блокинг-генераторы, фанта-строны. Типичные режимы работы релаксационных генераторов – автоколебательные, при которых период релаксационных колебаний определяется параметрами релаксационных генераторов. Из-за невысокой стабильности частоты (а следовательно, и периода) колебаний такие генераторы стараются синхронизировать от внешнего источника стабильных колебаний. В релаксационных генераторах используется также ждущий режим работы, при котором релаксационный генератор срабатывает в результате воздействия сигнала извне. Применяют релаксационные генераторы в устройствах импульсной техники, в частности телевизионной, радиолокационной, радиоизмерительной аппаратуре.

Реле

Реле – это прибор, который реагирует на дифференциацию каких-либо параметров установки и воздействует на исполнительный аппарат за счет местного источника.

Разновидности реле

1. Реле автоматики – устройство, которое реагирует на какое-либо определенное значение характеристики. Также реле проводит управление автоматизированным аппаратом через реакцию на данное значение характеристики. Реле автоматики монтируются в цепях автоматического контроля, а также в цепях управления какого-либо аппарата. По принципам действия и параметрам, на которые реагируют реле автоматики, они также делятся на защитные реле, начинающие свою работу в случае аварии или каких-либо серьезных отклонений от режима работы, на реле, контролирующие различные технологические процессы, происходящие во время включения или выключения какой-либо машины, и на реле, которые автоматически регулируют работу установки во время ее работы.

Реле автоматики могут быть разделены по своим признакам на электрические, механические, тепловые, акустические, оптические, жидкостные и газовые.

По типу применяемой энергии автоматические реле могут быть разделены на две большие группы: механические и электрические. К первым относятся центробежное, поплавковое, струйное, газовое, термическое, оптическое, мембранное, поршневое реле и многие другие. Ко вторым – частотное, индукционное, магнитоэлектрическое, поляризованное, магнитострикционное, фотоэлектрическое, электромагнитное, электродинамическое реле и многие другие виды реле. Среди огромного числа электрических реле наиболее часто применяются электромагнитные реле постоянного и переменного тока благодаря своей надежности и очень хорошим эксплуатационным показателям. Такие реле называются контакторами. Автоматические реле также могут быть разделены на максимальные, нулевые и минимальные. Принцип такого разделения состоит в том, что реле приходит в действие при достижении верхнего, нижнего пределов данного параметра или при исчезновении данного фактора. Разделение автоматических реле также может происходить на основе множества других факторов. Конструктивными частями автоматического реле являются рычажный механизм, клапан и электрическая контактная система.

  2. Защитные реле – устройства, которые реагируют на предельно фиксированные значения характеристик аппаратов. Также они приводят в действие различные системы управления и сигнализирования. Это позволяет предотвратить переход аварийного максимума или минимума.

Защитные реле так же, как и автоматические, могут быть классифицированы по множеству признаков на целые ряды классов: по назначению, по признакам характеристик, по пределам, по принципам действия, устройству частей, по типу применяемой энергии, а также по многим другим признакам. Применяются защитные реле в мощных энергетических системах, в электрических промышленных системах и т. д. Везде их роль – защита основных частей от токов коротких замыканий, различных перегрузок, аварийных изменений напряжения, силы тока и т. д. В свою очередь защитные реле разделены на реле напряжения, реле направления мощности, дифференциальные реле, реле сопротивления и реле обратного тока:

  1) реле напряжения используются для выключения электрических двигателей при резком уменьшении уровня напряжения, а также для защиты генераторов и линий электрической передачи. Они являют собой мгновенно действующие реле с рассчитанной на определенное напряжение обмоткой;

  2) реле направления мощности используются в схемах защиты линий электрической передачи. Они реагируют на величину, фазу и силу тока, а также на его направление по отношению к направлению напряжения. Время срабатывания таких реле должно быть минимальным. В связи с этим условием наибольшее применение получили реле с барабаном. В таких реле время срабатывания доходит до 0,02—0,06 с. Катушки напряжения реле направления мощности начинают работать во вторичной цепи трансформатора напряжения, а катушки тока включаются во вторичные цепи трансформаторов тока. Принцип работы реле направления мощности заключается в том, что при дифференциации тока и мощности происходит замыкание контактов реле;

  3) реле сопротивления применяются для защиты линий электропередачи на расстоянии. Такое реле реагирует на реактивное и полное сопротивление. Сопротивление в этом случае представляет собой функцию характеристики линий и дистанции между местом расположения реле и местом короткого замыкания. Реле сопротивления срабатывает в случае короткого замыкания в контролируемом участке линии электропередачи, но не срабатывает, если короткое замыкание происходит за пределами данного участка. Значительная часть реле сопротивления сконструирована на основе индукционного принципа действия;

  4) дифференциальные реле используются для защиты генераторов, линий электропередачи и трансформаторов. Чаще всего применяют реле для дифференциально-токовой защиты. Такие реле основаны на принципе сравнения параметров тока на разных этапах прохождения защищаемого участка. Дифференциальные реле конструируются чаще всего на основе электромагнитного и индукционного принципов действия;

  5) реле обратного тока используют как защиту генераторов постоянного тока, когда последние взаимодействуют с каким-либо количеством других генераторов или источниками тока. Реле обратного тока срабатывают в случае повреждения или остановки устройства. Конструкция реле обратного тока основана на принципах действия поляризованного реле.

На вышеуказанных видах реле защиты их виды не ограничиваются, но все остальные являются редко применяемыми, так как принципы их работы ограничивают их применение по многим параметрам.

  3. Исполнительное реле – гидравлическое, электрическое или пневматическое устройство, которое реагирует на воздействие сигнализации, а также на воздействие управляющего, измерительного или регулирующего устройства. Исполнительные реле конструируются с контактной системой или с особой частью, которая как раз и воздействует на какой-либо аппарат. Чаще всего исполнительные реле применяются для сигнализации. В таком случае происходит срабатывание сигнализации при резких перепадах давления, напряжения, силы тока, его фаз, температуры, уровня жидкости и газа. Для улучшения работы исполнительных реле их конструируют вместе с соответствующим прибором.

  4. Промежуточное реле – электрический, пневматический или гидравлический прибор, который приводится в рабочее состояние даже слабыми импульсами управления, а также он приводит в рабочее состояние различную исполнительную аппаратуру, мощность которой может значительно превышать мощность импульсов. В неэлектрических промежуточных реле кинетическая энергия потока жидкости (газа), которая появляется при срабатывании управляющего устройства, воздействует на мембрану, которая открывает (закрывает) клапан в цепи механизма исполнения. Чаще всего промежуточные реле используются в автоматических системах управления машин и в регуляторах. Промежуточные реле ступенчато усиливают мощность управления, увеличивают количество исполнительных цепей при ветвлении процесса, а также замедляют передачу распорядительного импульса от одной цепи к другой. Промежуточные реле нужны тогда, когда необходимо установить взаимосвязь двух цепей дифференцированных напряжений. Среди электрических промежуточных реле наиболее часто используемыми являются электромагнитные реле, в частности реле с поворотными и втяжными якорями. Применяются такие промежуточные реле в системах телесигнализации, телеуправления, автоматического управления и в связи. Как и для других, для промежуточных реле очень важно время их срабатывания, так как в зависимости от ситуации могут быть необходимы как реле быстрого реагирования, так и реле замедленного действия. При помощи шунтования обмотки реле можно изменить время срабатывания данных реле до нескольких секунд.

  5. Реле связи – электрическое устройство, которое реагирует на разносиловые импульсы тока и управляет цепями телефонных, телемеханических и телеграфных аппаратов. Реле связи в свою очередь подразделяются на телефонные, кодовые и телеграфные реле:

  1) телефонные реле используются для управления различными цепями телефонных станций. По принципу действия делятся на две группы: электромагнитные и тепловые. Но наибольшее распространение получили электромагнитные реле. Контактная система реле составлена плоскими пружинами из нейзильбера, латуни или бронзы, а также серебряными или пластиковыми контактами. Время срабатывания телефонных реле составляет 5—30 м/с;

  2) телеграфные реле используются для приема и обработки слабых сигналов с линии связи и их передачи в телеграфный аппарат. Делятся на нейтральные и поляризованные. Последние получили более широкое применение. Могут разделяться по таким признакам, как конструкция, быстрота воздействия и число обмоток;

  3) кодовые реле применяются в телемеханике. В этой отрасли они выполняют телеуправление и телесигнализацию. Кодовое реле состоит из многоконтактного реле с обмоткой, напряжение которой составляет до 120 В.

Релейная защита

Релейная защита – это система реле, в задачи которой входит сигнализирование о сбоях установленного режима работы различных электрических объектов.

Одним из таких сбоев является короткое замыкание, которое может вызвать сильнейшее повреждение различного электрического оборудования. Сначала смягчение результатов короткого замыкания проводилось только при помощи плавных предохранителей, чья область использования значительно ограничена, несмотря на все модификации. Поэтому наибольшее применение при защите оборудования от коротких замыканий получили автоматические выключатели. При использовании данного защитного устройства выявление и определение характера повреждения осуществляется при помощи автоматических защитных реле.

Требования, предъявляемые к релейной защите:

  1) быстрота действия является самой важной из всех требований, так как именно от нее зависит нормальная работа электрического оборудования, которому требуются «услуги» релейной защиты. В некоторых случаях релейная защита должна сработать за сотые доли секунды;

  2) селективность – возможность релейной защиты обеспечить отключение только поврежденного участка сети наиболее близкими к нему выключателями. Данный эффект достигается при помощи настройки реле, которая учитывает изменение токов, напряжений и т. д.;

  3) устойчивость релейной защиты определяет наименьшее изменение электрических величин;

  4) надежность релейной защиты заключается в правильном и безотказном действии, так как при ее нарушении может произойти авария.

Из различных видов релейной защиты самая распространенная – максимальная токовая защита, выполняемая с выдержкой времени.

Реостат

Реостат – это вид резистора, в основе работы которого лежит переменное сопротивление.

Виды реостатов

1. Рычажный реостат. В нем с помощью рычага приводится в рабочее состояние различное число спиралей, что в свою очередь влияет на сопротивление цепи.

  2. Ползунковый реостат. В нем с помощью скользящего ползунка приводится в действие какая-либо часть обмотки реостата, что в свою очередь плавно изменит сопротивление в цепи. Главным отличием между этими двумя видами реостата является то, что в первом реостате изменение сопротивления будет носить ступенчатый характер, а во втором – плавный.

Вообще применение реостатов заключается в том, что при помощи изменения сопротивления цепи можно менять и силу тока в ней.

Репульсионный электродвигатель

Репульсионный электродвигатель – это коллекторный двигатель переменного тока, в котором одна фаза и не связанные между собой электрически обмотки ротора и статора. Однофазная статорная обмотка питается от сети переменного тока.

Роторная обмотка соединяется с коллектором, щетки которого постоянно замкнуты.

Репульсионный двигатель производит движение благодаря повороту оси обмотки ротора относительно оси обмотки статора. При этом скорость вращения ротора снижается из-за увеличения нагрузки на вал. Репульсионный двигатель регулирует однофазные приводы переменного тока малой мощности.

Ротор

Ротор – это одна из составных частей машины. Название ротора произошло от латинского слова roto, что означает «вращаюсь».

В электрических машинах ротор находится внутри статора, который являет собой неподвижную, в отличие от ротора, часть электрической машины. На роторе располагается обмотка, которая взаимодействует с магнитным полем статора. В другом типе машин – в лопаточных машинах – ротор представляет собой колесо с лопастями. На лопасти воздействует какая-либо жидкость, газ, пар или что-нибудь еще. Благодаря этому ротор вращает вал лопаточной машины. Ротор на данный момент нашел очень широкое применение в самых разных отраслях науки и техники.

Рубильник

Рубильник – это простейший воздушный выключатель, служащий для включения или выключения электрических цепей, напряжение которых доходит до 500 В, а сила тока – до 4000 А. Данный аппарат имеет рубящие подвижные контакты с ручным управлением, которые служат для включения, выключения и переключения электрических цепей. Поэтому рубильники делятся на выключатели и переключатели.

Выключатели предназначены для замыкания цепей и их размыкания под нагрузкой до 4000 А.

Переключатели бывают однополюсные, двухполюсные, трехполюсные и многополюсные. Однополюсные рубильники имеют двигающийся вокруг оси контактный нож, закрепленный в пружинной контактной стойке. Электрическая дуга данного рубильника во избежание аварии должна разрываться очень быстро. При отключении токов до 4000 А рубильники снабжаются дополнительными моментами и разрывными ножами. При отключении такого рубильника главные ножи, выходя из контактных стоек, натягивают пружину. При натяжении, превышающем силу трения, ножи отключаются, сначала растягивая, а потом разрывая дугу. При этом контакты закрываются защитным кожухом. Самыми безопасными являются дистанционные рубильники, размыкание контактов которых управляется рукояткой, находящейся на лицевой стороне щита. В рубильниках с номинальным током 600 А и выше, ускоренный разрыв происходит благодаря растягиванию дуги электродинамических сил. Данная дуга пропорциональна отключаемому току и обратно пропорциональна длине ножа рубильника. Переключающиеся рубильники и выключающиеся отличаются друг от друга наличием неподвижных контактов второй системы цепей, которые располагаются с другой стороны ножа. Более целесообразным считается наличие контактов, обладающих меньшим переходным сопротивлением.

Санатрон

Санатрон – это электронное устройство, которое сочетает генератор напряжения и релаксатор. Санатрон обладает линейной зависимостью длительности срабатывания от величины напряжения, применяется в устройствах с широтноимпульсной и времяимпульсной модуляциями и в качестве генератора напряжения с длительностью рабочей стадии менее 10 мкс.

Свинцовый аккумулятор

Свинцовый аккумулятор – это кислотный электрический генератор, положительный электрод которого выполнен из диоксида свинца, а отрицательный электрод – из губчатого свинца. Электролитом свинцового аккумулятора является водный раствор серной кислоты. Применяется свинцовый аккумулятор на автомобилях, самолетах, в лабораторных установках и в системах связи.

Синхронная машина

Синхронная машина – это электрическая машина переменного тока со скоростью вращения магнитного поля и ротора, равных между собой и кратных частоте электрического тока. Синхронная машина состоит из статора, ротора. Статор несет обмотку переменного тока.

Ротор – с обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током от возбудителя электрических машин. Работа синхронной электрической машины создается обмоткой возбуждения в обмотке статора и основывается на взаимодействии магнитного поля с переменным током данной обмотки. Используются синхронные машины в энергетике и промышленном производстве.

Синхронный генератор

Синхронный генератор – это машина, преобразующая механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока, где частота генерируемого тока пропорциональна скорости вращения ротора машины.

Синхронные генераторы делятся на генераторы повышенной и высокой частоты, гидротурбинные, паротурбинные генераторы.

1. Генератор высокой частоты способен преобразовывать механическую энергию вращения в энергию переменного электрического тока высокой частоты. Его действие основано на изменении магнитного потока, которое достигается вращением ротора относительно неподвижного статора. Генератор высокой частоты применяется для питания антенн длинноволновых радиотелеграфных станций на расстоянии до 3000 м. Попытки применять их для более коротких волн развития не получилось, так как требовалось увеличение частоты.

Высокую частоту в данных генераторах удается получить за счет увеличения числа полюсов и скорости вращения ротора. По способу действия генераторы высокой частоты делятся на индуктирующие ток в самой машине; генераторы, частота тока которых повышается с помощью статических умножителей; генераторы, частота машины которых увеличивается путем использования переменного тока, наведенного обратным полем статора в обмотке ротора; генераторы, в которых создание переменного тока происходит благодаря изменению индуктивности или емкости самой машины.

  2. Гидротурбинный генератор – это генератор переменного или постоянного тока, который приводится в движение гидравлической турбиной. Гидротурбинный генератор – это синхронный генератор, ротор которого располагается на одном валу вместе с колесом турбины. Мощность такого генератора достигает 100 000 кВт при скорости вращения до 1500 об/мин и напряжении до 16 000 В. Синхронные гидротурбинные генераторы по своим размерам и весу больше всех других электрических машин. Только диаметр ротора достигает 15 м. Большое влияние на мощность турбины оказывает скорость ее вращения, маховый момент ротора и длина линии электропередачи. Чаще всего у синхронного гидротурбинного генератора вертикальная ось вращения, когда в подвесном подпятнике происходит осевое давление воды на рабочее колесо турбины. При этом подпятник располагается выше ротора генератора. В зонтичном синхронном генераторе подпятник располагается под ротором генератора и один из трех направляющих подшипников находится в турбине.

Обмотка переменного тока располагается на статоре, который охватывает закрепленный на валу явно полюсный ротор. Напор циркулирующего воздуха создается вентиляторами, расположенными на роторе, и самими полюсами ротора. Воздух передает свое тепло протекающей по трубкам воздухоохладителя воде. Для предотвращения поломки подпятника применяются воздушные или масляные колодочные тормоза, которые способны уменьшить время остановки до нескольких минут.

  3. Паротурбинный генератор – это синхронный генератор переменного или постоянного тока, приводимый в движение паровой турбиной. Данные генераторы чаще всего бывают четырехполюсные и двухполюсные со скоростью вращения от 1500 до 3000 об/мин. Ротор синхронного паротурбинного генератора представляет собой массивный стальной цилиндр с прямоугольными пазами, в которых находится обмотка возбуждения. Центробежная сила обмотки воспринимается клиньями и большими бандажами кованой стали, охватывающими торцовые части обмотки. Корпус статора стальной неразъемный. В отличие от гидротурбинного синхронный паротурбинный генератор имеет диаметр до 1 м, но длину ротора до 6,5 м. Для работы паротурбинных генераторов малых мощностей применяется протяжная система вентиляции, где необходимый напор воздуха создается центробежными роторными вентиляторами. При замкнутой системе вентиляции воздухоохладители располагаются под самим генератором. Возбудитель паротурбинного генератора соединяется с ротором посредством гибкой муфты и способен питать обмотку возбуждения через контактные кольца.

Данный генератор состоит из неподвижного якоря-статора и вращающегося индуктора-ротора. На внутренней поверхности статора в его пазах располагается обмотка переменного тока. Статор генератора выполнен из тонкой электротехнической стали, которая изолирована лаковой пленкой или бумагой. Все эти стальные листы укрепляются в станине машины. Ротор находится внутри статора и представляет собой стальной цилиндр, в пазах которого размещается обмотка возбуждения постоянного тока. В тихоходных машинах ротор имеет форму колеса или звезды. В синхронных генераторах малой мощности иногда применяют конструкции с расположенной обмоткой переменного тока на роторе и обмоткой возбуждения на статоре. Синхронный генератор переменного тока используется обычно в качестве источника переменного тока постоянной частоты, что возможно при неизменной скорости вращения ротора. При симметричной трехфазной нагрузке синхронного генератора переменного тока по обмоткам статора протекает ток также трехфазно и симметрично. Данный ток способен создавать свое магнитное поле, ось которого вращается со скоростью, равной скорости вращения ротора. Поэтому данный генератор и получил название «синхронный генератор», так как подчеркивает синхронность вращения ротора и магнитного поля статора. Характер взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с полем электромагнитов ротора зависит от сдвига фаз между токами нагрузки и ЭДС генератора. При этом механическая мощность преобразуется в электрическую. В современных электрических установках синхронные генераторы зачастую работают параллельно на общую нагрузку, что возможно при строго синхронной скорости вращения генераторов. Это вполне осуществимо благодаря свойству синхронной машины автоматически поддерживать синхронизм. При параллельной работе синхронных генераторов при изменении режима одного из них начинается ответная реакция стремящегося восстановить нарушенный режим уравнительного тока. При уменьшении или увеличении тока возбуждения ток статора из-за возникновения реактивной составляющей возрастает. При нарушении синхронизма торможение одной машины и ускорение другой уменьшается. Возвращение ротора к синхронному вращению сопровождается затухающими колебаниями его угловой скорости вращения около ее значения. Иногда эти колебания нарушают спокойную работу машины, что называется качание. При правильном выборе махового момента генератора качание можно устранить с помощью медных стержней в полюсных наконечниках ротора. Опасные процессы могут возникнуть и при коротком замыкании, когда ток в обмотке статора возрастает в 15 раз, это приводит к возникновению индуктированного тока в обмотке возбуждения или может привести к механическим повреждениям синхронного генератора. Синхронные генераторы переменного тока находят применение в современных электрических установках.

Синхронный компенсатор

Синхронный компенсатор – это синхронная электрическая машина, которая работает в режиме двигателя, не имея нагрузки на вал. Применяется синхронный компенсатор для повышения мощности коэффициента сети, регулирования напряжения электрической сети или в промежуточных точках ЛЭП (путем изменения тока возбуждения). Мощность его достигает сотен МВт.

Синхронный электродвигатель

Синхронный электродвигатель – это синхронная электрическая машина, которая работает в режиме двигателя более высокой мощности, нежели асинхронный двигатель. Но конкурировать с асинхронным двигателем не может из-за необходимости возбуждения постоянным током от возбудителя и из-за пуска, который разгоняется до номинальной угловой скорости. Синхронный электродвигатель применяют в киноаппаратуре, звукозаписывающей аппаратуре, в бытовых приборах, системах автоматики и в некоторых промышленных установках.

Мощность синхронного электродвигателя от долей Вт до нескольких десятков МВт.

Стабилизатор электрический

Стабилизатор электрический – это электронное устройство для принудительного автоматического поддержания заданной постоянной величины электрического тока, напряжения, магнитного потока, температуры и угловой скорости или мощности при произвольном изменении параметров питающей сети или нагрузки цепи.

По способу стабилизации стабилизаторы делятся на параметрические, компенсационные, комбинированные; по режиму работы – на стабилизаторы непрерывного действия и дискретные (релейные или импульсные); по типу силовых приборов (стабилизирующего элемента) – на электронные (полупроводниковые, микроэлектронные, вакуумные, газоразрядные) и ферромагнитные (феррорезонансные).

Параметрические стабилизаторы относятся к разомкнутым системам регулирования с нелинейным ограничением величины стабилизируемого параметра (например, в стабилизаторах напряжения эту функцию может выполнять стабилитрон).

Начиная с некоторого значения стабилизируемого параметра (х = х0), мощность Р, потребляемая стабилизирующим элементом в параметрических стабилизаторах резко возрастает, благодаря чему величина × не может существенно превышать х0. Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования), работающие в режиме стабилизации.

В комбинированных стабилизаторах используется компенсационный принцип стабилизации выходной переменной в сочетании с управлением по входному сигналу. К основным узлам компенсационных и комбинированных стабилизаторов относятся источник опорного (эталонного) сигнала, сравнивающее устройство, усилитель-преобразователь и управляющий (регулирующий) элемент.

Наибольшее распространение нашли стабилизаторы напряжения и тока. Для стабилизации переменного напряжения применяют ферромагнитные стабилизаторы, действие которых основано на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Для стабилизации постоянного напряжения используют электронные стабилизаторы (в основном на полупроводниковых приборах, реже – на электронных лампах и газоразрядные), в которых стабилизация осуществляется методом регулирования по отклонению от установленного уровня напряжения.

Стабилизация тока (в основном постоянного) осуществляется либо при помощи электронных приборов с резко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики (например, электровакуумный диод), либо электронными усилителями с отрицательной обратной связью по току.

Различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения, стабилизаторы постоянного тока. Стабилизаторы переменного напряжения представляют собой устройства, предназначенные для электропитания нагрузки (различное электрооборудование, офисная и бытовая аппаратура, приборы) стабилизированным переменным напряжением 220 В и частотой 50 Гц при отклонении сетевого напряжения в определенных пределах. Промышленность выпускает стабилизаторы переменного напряжения в однофазном и трехфазном исполнении. Трехфазные стабилизаторы в зависимости от модели выпускаются в виде единого блока или трех однофазных блоков и щита коммутации. Производится стабилизация только фазных напряжений. Выпускаются стабилизаторы со ступенчатым регулированием напряжения. Они состоят из следующих основных узлов: автотрансформатора с обмоткой, имеющей заданное количество коммутируемых выводов одной обмотки или вольтодобавочных обмоток (в зависимости от модели); силовых ключей. Стабилизация постоянного напряжения осуществляется газоразрядными и полупроводниковыми стабилитронами. Стабилизация тока производится электронными стабилитронами.

Стартер

Стартер – это устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания. Существуют несколько видов стартеров. Электрический стартер запускает двигатели автомобилей и тракторов. Пневматический электрический стартер запускает двигатели авиационной техники. По принципу действия стартер бывает инерционный, комбинированный и прямого действия. При этом управление может быть дистанционным или путем нажатия на педаль.

Основные узлы стартера: двигатель внутреннего сгорания, редуктор, устройство сцепления и расцепления с валом основного двигателя, пусковое устройство.

Стартеры подразделяются на электрические, пневматические, гидравлические, бензиновые, турбостартеры.

Стартеры различают по способу подключения обмотки возбуждения относительно обмотки якоря на двигатели последовательного, параллельного и смешанного возбуждения.

В электродвигателях с параллельным подключением обмотки возбуждения ток не зависит от нагрузки (тока якоря), поэтому частота вращения практически не меняется с ростом момента нагрузки. У электродвигателей последовательного возбуждения ток в обмотке возбуждения равен току в обмотке якоря и магнитный поток пропорционален току якоря. Поэтому с уменьшением момента сопротивления на валу двигателя частота вращения увеличивается. В стартерах со смешанным возбуждением характеристика занимает среднее положение.

Стартер – электронное устройство для зажигания люминесцентных ламп.

Тахогенератор

Тахогенератор – это информационная электрическая машина как постоянного, так и переменного тока.

Вырабатывает электрические сигналы, пропорциональные частоте вращения ротора. Тахогенераторы постоянного тока – маломощные генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов или генераторы с независимым возбуждением. Тахогенератор переменного тока – это асинхронный тахогенератор. По конструктивному исполнению подобен асинхронному двигателю с полым немагнитным ротором, который состоит из статора и неподвижного сердечника ротора, а между ними в воздушном зазоре вращается тонкий полый немагнитный цилиндр. На статоре генератора имеются пространственно смещенные относительно друг друга на 90° две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка, являющаяся генератором. Обмотка возбуждения подключена к источнику синусоидального напряжения.

Обмотка, являющаяся генератором, подключается к измерительному прибору или включается в измерительную схему. Обмотка возбуждения служит для создания пульсирующего магнитного потока. Если ротор неподвижен, то ЭДС в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока перпендикулярен оси этой обмотки. Если же ротор вращается, пульсирующий магнитный поток индуктирует в нем ЭДС вращения. Тогда под действием ЭДС в роторе появляются токи, которые создают по оси генераторной обмотки пульсирующий поперечный поток. В свою очередь этот поток индуктирует в генераторной обмотке ЭДС, пропорциональную частоте вращения ротора. Оба типа тахогенераторов используются для измерения скорости вращения валов.

Тензорезистор

Тензорезистор, «напряженный резистор» – это резистор, который обладает свойством изменять при деформации свое электрическое сопротивление вследствие деформации, вызываемой приложенными к нему механическими напряжениями. Используется тензорезистор в качестве элемента в тензодатчиках, т. е. в измерительных преобразователях, выполненных в виде электрического тензометра. Работа тензодатчика основана на сопротивлении или тензорезисторе металлической проволоки при деформации. Конструкция тензодатчика представляет собой проволочную решетку, изготовленную из никеля и молибдена. Ненаклеиваемые тензодатчики изготавливаются без поперечной тензочувствительности.

Главной характеристикой материала тензорезистора является коэффициент тензочувствительности, определяемый как отношение относительного изменения электрического сопротивления к величине относительной деформации k. Для таких металлов, как нихром, константан, сплавы на основе Ni, Mo, Pt k = 2—14. Этот коэффициент определяется в основном только изменением геометрических размеров тензорезистора. Для полупроводниковых кристаллов (германия, кремния и др.) k = 100—200. Если металлические тензорезисторы изготовляют из проволоки или фольги в виде решетки, то полупроводниковые – в виде пластинок (длина 1—10 мм, ширина 0,2—1,0 мм, толщина 20—60 мкм) или эпитаксиальных пленок, т. е. пленок, наращиваемых в виде монокристалла.

Тесла трансформатор

Тесла трансформатор – это статическое электромагнитное устройство для преобразования величин токов и напряжений без изменения мощности, частоты. Служит для возбуждения высоковольтных колебаний (до 7 МВ), высокой частоты (до 0,15 МГц), состоит из бессердечникового трансформатора, электрического конденсатора и разрядника. Был изобретен Н. Теслой в 1891 г. для использования в демонстрационных целях. Применялся как источник колебаний ВЧ в радиопередатчиках.

Конструкция трансформатора: основу составляет сердечник, на котором размещены две или большее число обмоток. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной, а обмотки, подключенные к сопротивлениям нагрузки, называются вторичными. Если к первичной подключить источник переменной ЭДС, то переменный ток, возникший в этой обмотке, создает в другой обмотке (вторичной) ЭДС индукции. Конструкции трансформаторов отличаются мощностью, диапазоном частот тока, величиной ЭДС, возникающей в обмотках. Для мощных трансформаторов очень важен хороший отвод тепловой энергии, выделяющейся в обмотках и металлических деталях. Для высоковольтных трансформаторов существуют жесткие требования к электроизоляции. Наиболее эффективная индуктивная связь обеспечивается сердечниками из ферромагнитных материалов, в виде замкнутого ярма, на которое намотана первичная и вторичная обмотки.

Чтобы обеспечить питание нескольких нагрузок, вторичных обмоток должно быть столько же, сколько нагрузок.

Сердечник (магнитопровод) трансформатора изготавливают из отдельных листов электротехнической стали, имеющей малые потери на перемагничивание и на вихревые токи. Для уменьшения вихревых токов, индуктируемых в стали переменным потоком, листы стали изолируют слоем лака, после чего стягивают болтами. По конструкции сердечника различаются два типа трансформаторов: броневые с Ш-образным сердечником и стержневые с П-образным сердечником.

В электротехнических установках используются специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные и трехфазные.

Многообмоточные трансформаторы имеют одну первичную и несколько вторичных обмоток. Используются в радиотехнических схемах для получения на выходе одновременно нескольких напряжений, в режиме холостого хода работа этих трансформаторов не отличается от двухобмоточных.

Трехфазные трансформаторы используются в трехфазной сети переменного тока. Преобразование напряжений в этом случае осуществляется с помощью трехфазного трансформатора с общим для трех фаз сердечником.

В таком трансформаторе с общим магнитопроводом магнитный поток любой из фаз может замыкаться через стержни, на которых расположены обмотки двух других фаз. Достоинство трехфазного трансформатора заключается в том, что затраты материала—стали на трехфазный трансформатор значительно меньше, чем на три однофазных трансформатора.

Тригатрон

Тригатрон – это трехэлектродный искровой разрядник – специальный газоразрядный аппарат, наделенный холодным катодом и вспомогательным электродом.

Вспомогательный электрод в тригатронах играет роль управления влияющим моментом появления искрового разряда в среде инертного газа с увеличенным до нескольких атмосфер давлением. Используется как коммутатор в аппаратах, которые создают электрические импульсы для формирования СВЧ-колебаний в различных аппаратах.

Тригатрон используется как коммутатор для замыкания электрических цепей. На два рабочих электрода (анод и катод) подается напряжение, меньшее пробивного напряжения, в отсутствие управляющего разряда. Между рабочими электродами возникает мощный разряд после пробоя вспомогательного промежутка между катодом и управляющим электродом от маломощного источника. Для возникновения разряда емкость тригатрона заполняется аргоном под давлением в несколько атмосфер (для недопущения эрозии электродов в тригатрон добавляется 5%-ный кислород).

Тригатроны используются в качестве сильноточных однократных электрических ключей или в режиме периодического включения в устройствах, не требующих стабильности срабатывания.

Триггер

Триггер – импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями, которым соответствуют различные значения напряжений на информационных выходах. Представляет собой специальное устройство переключения, в задачи которого входит сохранение на сколь угодно долгий по времени срок одного из состояний равновесия, которые он может принять, и скачкообразное переключение по сигналу снаружи с одного типа равновесия в другое. Чаще всего триггеры конструируются на основе интегральных схем, электронных ламп и на основе элементов пневмоавтоматики и струйной техники. Для любого состояния триггера существует соответственный этому состоянию сигнал на его выходах. Условно такие сигналы приняли за «0» и «1». В условиях изменения состояния триггера сигналы сразу же меняются, т. е. там, где был «0», устанавливается значение, равное «1», и наоборот. Триггеры нашли широкое применение в таких видах техники, как регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры и т. д.

Под воздействием внешнего (запускающего) сигнала триггер способен скачком переходить из одного состояния в другое. Триггер представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока со 100%-ной положительной обратной связью. Если учесть, что оба транзистора в триггере работают в ключевом режиме, триггер можно рассматривать как два последовательно включенных транзисторных ключа, причем выходное напряжение первого ключа управляет вторым ключом, а выходное напряжение второго ключа – первым, т. е. триггер является системой с сильной положительной обратной связью. Схема абсолютно симметрична.

Различают три способа запуска триггера:

  1) раздельный запуск, при котором импульсы одной и той же полярности подаются на базы разных транзисторов поочередно;

  2) запуск импульсами чередующейся полярности, подаваемыми на базу одного транзистора;

  3) счетный запуск, когда импульсы одной полярности одновременно подаются на оба транзистора.

Триггеры применяют в качестве электронных реле, пересчетных ячеек, формирователей импульсов, элементов ЭЦВМ, используют в счетчиках импульсов напряжения, делителях частоты следования импульсов напряжения и т. д. По способу управления триггеры делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных триггерах переключение из одного устойчивого состояния в другое осуществляется под действием определенной совокупности импульсов напряжения на управляющих входах. В синхронных триггерах переключение происходит только при совпадении во времени определенной совокупности импульсов напряжения на управляющих входах и импульса напряжения на входе синхронизации.

Триммер

Триммер – переменный или подстроечный конденсатор. Используется для разовой настройки или эпизодической регулировки радиоэлектронной аппаратуры.

Триммеры бывают воздушные с твердым неорганическим или органическим диэлектриком. По конструкции подразделяются на концентрические, пластинчатые, цилиндрические, дисковые и компрессионные.

Изменение емкости в концентрических триммерах происходит при взаимном перемещении концентрически расположенных трубчатых цилиндрических электродов ротора относительно статорных электродов.

Изменение емкости в пластинчатых триммерах осуществляется за счет углового перемещения пластинчатых электродов ротора относительно пластин статора.

В дисковых триммерах емкость изменяется в результате поворота ротора относительно соосно расположенного статора.

В компрессионных триммерах емкость изменяется в результате увеличения или уменьшения воздушного зазора между диэлектриками с нанесенными на них электродами.

Наиболее универсальными являются воздушные триммеры концентрического и пластинчатого типа. По добротности (порядка нескольких тысяч), стабильности и разрешающей способности наилучшими для РЭА являются концентрические триммеры. Они функционируют в диапазоне СВЧ. Триммеры с твердым неорганическим диэлектриком (цилиндрические, дисковые) наиболее широко используются в РЭА. Цилиндрические триммеры обладают более высокими параметрами: удельной емкостью, рабочим напряжением, коэффициентом перекрытия, чем концентрические. В качестве диэлектрика в них используются стекло, кварц, керамика, сапфир. Самые высокие значения удельной емкости при миниатюрных габаритных размерах, высокой механической прочности и низкой стоимости имеют дисковые керамические триммеры, однако они уступают цилиндрическим и воздушным концентрическим триммерам по добротности, стабильности, плавности настройки.

Компрессионные слюдяные триммеры имеют низкую добротность и малое сопротивление изоляции. Они характеризуются большим значением максимальной емкости и большим коэффициентом перекрытия при значительных габаритных размерах.

Трохотрон

Трохотрон – это специальный электронно-лучевой аппарат с ленточным электронным лучом, в состав которого входит множество электродов. Электронный луч в трохотроне модулируется под воздействием взаимно перпендикулярных электромагнитных полей, которые, в свою очередь, движутся по особой траектории, называемой трохоидой. Используется трохотрон для коммутации разнообразных электрических цепей и для распределения электрических сигналов и импульсов между ними. Трохотроны нашли свое применение в такой технике, как импульсные пересчетные схемы (скорость счета достигает 106—107 импульсов в минуту), схемы совпадения по большому числу каналов (обычно до 9), делители частоты (до 8 МГц) и во многих других электромагнитных аппаратах.

Формирование электронного трохоидального пучка в трохотроне осуществляется под действием взаимно перпендикулярных однородных полей: постоянного магнитного, создаваемого внешним магнитом, и изменяемого электрического, создаваемого электродами прибора. В результате управляемого перемещения пучка посредством изменения потенциала специальных электродов-лопаток осуществляется коммутация. При этом пучок направляется на любую (по выбору) из выходных пластин и, попадая на пластину, замыкает ее электрическую цепь с цепью катода.

Трохотроны делятся, в зависимости от конструкции, на линейные, кольцевые, двумерные и бинарные. Бинарное включение нескольких трохотронов позволяет создавать коммутаторы на большое число каналов.

Турбогенератор

Турбогенератор – это один из видов синхронного генератора трехфазного тока, имеющего привод от паровой или газовой турбины.

В состав турбогенератора входит индуктор, являющий собой неявнополюсный ротор, угловая скорость которого (w) вытекает из условия w = 2nf/p, где w измеряется в рад/с, а f – в Гц, p – число пар полюсов. Применяется в энергетике и других отраслях промышленности. Мощность турбогенераторов может доходить до 1200 МВт. В советский период времени до 80% всей электрической энергии создавалось именно с помощью турбогенераторов.

Частота вращения составляет 1500—3000 об/мин.

Тяговый электродвигатель

Тяговый электродвигатель – это вид электрического двигателя, служащего для привода колесных пар подвижного состава на электротранспорте.

Как тяговые чаще всего применяют двигатели постоянного тока. Выделяются среди обычных электрических двигателей увеличенной надежностью, усиленной конструкцией корпуса и некоторыми другими механическими характеристиками.

Мощность тягового электрического двигателя может быть даже в несколько МВт.

Ударный генератор

Ударный генератор – это один из типов синхронного генератора, который служит для работы в достаточно малые сроки (0,06—0,15 с) в условиях короткого замыкания. Ударный генератор во время короткого замыкания может развить мощность до 500 МВ × А.

Ударный генератор используется при испытании электрической техники высокого напряжения на отключающуюся и включающуюся возможность и на динамическую и термальную устойчивость.

Умножитель частоты

Умножитель частоты – это радиоэлектронное устройство, предназначенное для увеличения частоты периодических электрических колебаний в целое число раз. В задачи этого электрического аппарата входит увеличение частоты приводимых к нему периодических электрических колебаний в какое-либо целое число раз. Умножители частоты бывают двух типов: транзисторные и на полупроводниковых диодах. Используется умножитель частоты для модулирования стабильных по частоте колебаний и импульсов в передатчиках, эталонах частоты и во многих других электротехнических аппаратах.

Применяют для получения стабильных по частоте колебаний в передатчиках, в эталонах частоты и т. д. Умножители частоты бывают ламповые и полупроводниковые (например, построенные на варикапах, диодах Шоттки, туннельных диодах).

Действие умножителя частоты основано на использовании зависимости полного электрического сопротивления диода от мощности внешнего сигнала и выделения (с помощью электрического фильтра) из возникающего на выходе прибора спектра частот сигнала с частотой, кратной основной частоте подводимых колебаний. Наибольшее применение получили диоды типа варикапов; к ним относятся некоторые плоскостные диоды (с определенным распределением легирующей примеси), Шоттки диоды и диоды со структурой металл – оксид – полупроводник (так называемой МОП-структурой).

Умформер

Умформер – это электрическая машина, действие которой основано на постоянном токе. У умформера на якоре имеются две и более обмотки, одна из которых служит как двигательная, а остальные – как генераторные. Применяется умформер для дифференциации постоянного тока одного напряжения в постоянный ток с другим напряжением. Эти задачи обусловливают его использование в питании радиоаппаратуры.

Универсальный электрический двигатель

Универсальный электрический двигатель – это один из типов однофазного коллекторного двигателя последовательного возбуждения. Работать может как на постоянном, так и на переменном токе. Причем при использовании универсальных электрических двигателей любого тока характеристики практически не меняются. К особенностям таких двигателей можно отнести огромный диапазон значений угловой скорости, способность изменять угловую скорость, возможность применять универсальное питание.

Универсальные электрические двигатели используются в бытовой технике, медицине, связи, электрических инструментах и во многих других электромагнитных приборах.

Мощность составляет от единиц до сотен Вт.

Униполярный генератор

Униполярный генератор – это один из типов бесколлекторной электрической машины, сконструированной на основе использования постоянного тока. В этой электрической машине направление существующей в проводниках якоря ЭДС сохраняется относительно этих проводников в условиях вращающегося якоря.

Такое явление позволяет модулировать постоянный ток даже без использования коммутации. Применяется чаще всего как генератор низкого напряжения и большой силы тока. Используется в электрохимии, при электрической сварке, в установках электрической искровой обработки металлов, в ускорителях заряженных частиц, а также в качестве источника питания жидкометаллических конструкционных насосов постоянного тока.

Управляющая вычислительная машина

Управляющая вычислительная машина – это электрическая вычислительная машина, применяемая как звено в автоматических или автоматизированных схемах управления какими-либо техническими приборами. Принцип работы управляющей вычислительной машины состоит в том, что в нее поступают какие-либо данные от прибора, который эта машина контролирует, эти данные проходят обработку, а затем поступают к оператору или управляющая вычислительная машина сама, без участия оператора, каким-либо образом воздействует на имеющиеся данные. Управляющие вычислительные машины могут быть промышленными, аэрокосмическими, транспортными и т. д. Наиболее часто применяются такие машины в энергетике, промышленности, в различных научных исследованиях. К особым характеристикам управляющих вычислительных машин можно отнести очень высокую надежность их работы, применение с контролируемым объектом с целью воздействия на него, значительную емкость запоминающих устройств, повышенное быстродействие, ограничение разрядности.

Успокоитель

Успокоитель – это элемент механической системы стрелочных электроизмерительных приборов, предназначенных для возвращения стрелки на нуль шкалы. Является составной частью специального измерительного механизма, которая обеспечивает постепенное затухание электромагнитных колебаний.

Стрелка электроизмерительного прибора вследствие температурных влияний, остаточных деформаций, механических толчков при перегрузках может находиться не на нулевом делении.

Для возвращения стрелки на нуль шкалы необходим корректор. Подвижная часть прибора, которая включает в себя пружину, стрелку, образует обладающую массой и упругостью механическую систему, в которой, следовательно, возможны механические колебания. При изменении измеряемой величины новое положение равновесия у подвижной части прибора получается спустя некоторое время, в большинстве случаев – после нескольких колебаний около нового положения равновесия.

Чтобы подвижная часть по возможности скорее устанавливалась в этом положении, в приборах используют успокоители, необходимые для поглощения кинетической энергии подвижной части.

Большинство стрелочных приборов имеет время успокоения не более 4 с. Временем успокоения считается время от момента включения прибора до момента, когда стрелка прибора отклоняется от положения равновесия не более чем на 1% шкалы.

Различают магнитоиндукционные и воздушные успокоители.

В случае применения механических успокоителей используется пружина. К корректору прикрепляется один ее конец. Второй конец пружины прикрепляется к оси подвижной части. Стрелку можно смещать посредством поводка, поворачивая винт, укрепленный на корпусе прибора. Для уравновешивания подвижной части прибора на ней укрепляют грузила – противовесы. Показания уравновешенного прибора почти не зависят от его положения.

Принцип действия магнитоиндукционных успокоителей основан на взаимодействии вихревых токов, индуктируемых в подвижной части при ее движении в магнитном поле постоянных магнитов, с этим полем.

Сектор, изготовленный из алюминия, укреплен на оси подвижной части. Он движется в поле нескольких постоянных магнитов, которые укреплены на опорной пластине. При движении сектора в нем возникают вихревые токи. Взаимодействие постоянных магнитов с магнитным полем создает силу, которая (согласно принципу Ленца) тормозит подвижную часть. Для торможения стрелки в воздушных успокоителях используется разность давлений воздуха в закрытой камере по обе стороны легкого алюминиевого крыла, возникающая при его движении. Крыло укрепляется на оси подвижной части прибора.

Если сравнивать, то воздушные успокоители значительно слабее магнитоиндукционных; воздушные успокоители приходится применять в тех случаях, когда наличие постоянного магнита внутри прибора может быть причиной дополнительных погрешностей в его показаниях.

В настоящее время в некоторых новых приборах установлены очень компактные жидкостные успокоители. Принцип их действия прост: в невысыхающей жидкости перемещается крыло, укрепленное на подвижной части прибора.

Фазовращатель

Фазовращатель – это электронное устройство, изменяющее фазу электромагнитных колебаний на выходе устройства относительно фазы колебаний на его входе.

В задачи этого аппарата входит проведение некоторого постоянного или регулируемого сдвига по фазе электромагнитной волны или напряжения. Фазовращатели конструируют на основе применения в них таких частей, как электрические цепи, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, магнитные усилители, и множества других электромагнитных приборов. Фазовращатели чаще всего используются в технике измерения.

Фазовращатели различают по диапазону частот. Так, например, в диапазоне низких частот, а также радиочастот (до нескольких МГц) фазовращатель представляет собой обычный четырехполюсник. В зависимости от пределов изменения фазы и точности ее установки, фазовращатель – это фазосдвигающая цепь, которую можно использовать для создания фиксированного фазового сдвига в пределах от 0 до 90°. В цепях с сосредоточенными параметрами сдвиг фаз осуществляется под действием реактивных элементов.

В фазосдвигающих цепях с распределенными параметрами сдвиг фаз определяется конечным временем распространения электрического сигнала от входа цепи до ее выхода. Современные фазовращатели обычно собираются по мостовой схеме из трех резисторов и одного конденсатора, которые обеспечивают регулируемый сдвиг фаз в пределах от 0 до 180°. В настоящее время применяются также транзисторные (или ламповые) мостовые фазовращатели. В состав последних входит устройство, преобразующее входное напряжение в два напряжения, сдвинутых по фазе на 180° по принципу работы фазоинвертора.

Фазовращатели СВЧ-диапазона работают на дециметровых и более коротких волнах. Они собираются из отрезков СВЧ линий передачи, в которых фазовый сдвиг осуществляется посредством изменения электрической длины линии.

СВЧ-фазовращатели могут быть регулируемые и нерегулируемые. К регулируемым фазовращателям СВЧ-диапазона относятся: раздвижные секции коаксиальной линии; волноводные диэлектрические СВЧ-фазовращатели, т. е. отрезки волновода, содержащие перемещаемую пластину из диэлектрика; сжимаемые секции, т. е. отрезки прямоугольного волновода, узкие стенки которого снабжены упругими подвесками, позволяющими изменять ширину волновода; мостовые СВЧ-фазовращатели, т. е. многоплечевые устройства (коаксиальные или волноводные), снабженные двумя согласованно изменяющимися по длине короткозамкнутыми отрезками линии передачи (шлейфами), включенными в основную линию, по которой осуществляется передача энергии СВЧ от генератора к нагрузке, последовательно с нагрузкой или параллельно ей; фазовращатели с полупроводниковыми элементами (такими, как полупроводниковые диоды с p-i-n-структурой, варикапы), ферритовыми устройствами, сегнетоэлектриками.

СВЧ-фазовращатели на p-i-n-диодах используются в качестве коммутационных элементов. Диоды позволяют изменять фазовый сдвиг ступенчато посредством прямого изменения длины линии, либо подключения к линии (через диоды) набора шлейфов. В настоящее время находят широкое распространение ферритовые фазовращатели, работа которых основана на использовании Фарадея эффекта на СВЧ и явления ферромагнитного резонанса в намагниченном феррите. В зависимости от направления фазового сдвига ферритовые фазовращатели подразделяются на взаимные, обеспечивающие одинаковый фазовый сдвиг для обоих направлений распространения волны, и не взаимные, в которых сдвиг фаз для волн, распространяющихся в противоположных направлениях, не одинаков. Широко используются нерегулируемые фазовращатели, которые реализуют в виде калиброванного по фазе отрезка линии передачи, фазовый сдвиг в них достигается подбором значения его длины, размеров поперечного сечения (при использовании волновода) либо эффективной диэлектрической проницаемости.

Фазовращатели применяются в устройствах радиотехники, автоматики, вычислительной, измерительной техники, СВЧ-технике для изменения формы входного сигнала, компенсации фазовых искажений, фазовой модуляции, выравнивания электрической длины линий передачи, создания заданных фазовых сдвигов сигналов в когерентных радиосистемах (например, в фазированных антенных решетках) и др.

Фазовый фильтр

Фазовый фильтр – это электротехническое устройство, предназначенное для пропускания электрических сигналов в определенной полосе частот и подавления сигналов за пределами этой полосы частот. В основные задачи электротехнического фильтра входит модулирование условий для задержки электрического сигнала во времени при условии сохранения его формы и амплитуды.

Фазовый фильтр широко используется в современных многоканальных системах связи. Принцип действия – частотный. Каждому сигналу отводится своя полоса частот.

Передача сигнала через фильтр харастеризуется двумя способами: коэффициентом передачи по напряжению; коэффициентом затухания по напряжению. Малая доля сигнала затухает, не проходя через фильтр.

Частота, которая представляет границу между полосой пропускания и полосой задержания, называется граничной частотой, или частотой среза фильтра. У реальных фильтров нет четкой границы между полосой пропускания и полосой задержания, поэтому в них в качестве значения граничной частоты принимают частоту, определяемую из соотношения – 0,707 ≈ 0,7.

В зависимости от характера входного сигнала фильтры делятся на аналоговые и цифровые.

В зависимости от наличия в схеме активных элементов: пассивные, активные.

В зависимости от элементов, составляющих фильтр: LC-, RC-, RL-типа, ARC-типа (активные – RC-фильтры).

По характеру математического выражения аппроксимирующего АЧХ-фильтра: фильтры Бесселя, фильтры Баттерворта, фильтры Золотарева, фильтры Чебышева.

По расположению полосы пропускания на оси частот фильтры делятся: на фильтры низких частот (ФНЧ), фильтры высоких частот (ФВЧ), полосно-пропускающие фильтры (ППФ).

ω0 – средняя частота полосы пропускания, если ω0/ (ωв. гр–ωн. гр ) >> 1, то фильтры называют избирательными, они пропускают сигналы в узком диапазоне частот, полосно-заграждающие фильтры (ПЗФ).

ω0 – средняя частота полосы задержания, если ω0 / (ωв. гр–ωн. гр) >> 1, то фильтры называют режекторными, они подавляют сигнал в узком диапазоне частот.

Фазоинвертор

Фазоинвертор – это один из типов усилителей (инверторов), который коммутирует входное электромагнитное напряжение в два напряжения, сдвиг по фазе которых составляет 180°. Фазоинвертор представляет собой электронное устройство, разделяющее усиливаемый сигнал на два сигнала, сдвинутых по фазе на 180°.

Особенно широкое применение нашли фазоинверторы с разделенной нагрузкой. В них входные напряжения уводятся с резисторов.

Наиболее простой схемой фазоинвертора является трансформатор с выводом средней точки вторичной обмотки. Среднюю точку вторичной обмотки соединяют с «землей», тогда при подведении напряжения к первичной обмотке на выходе трансформатора формируются два напряжения, сдвинутые по фазе на 180°.

Более совершенной является схема фазоинвертора, представляющая собой усилительный каскад с отрицательной обратной связью по току. Наличие обратной связи по току позволяет получить хорошую частотную характеристику и незначительные нелинейные искажения на выходе.

Еще более совершенными схемами фазоинверторов являются сложные схемы RC-усилителей с отрицательной обратной связью. Эти фазоинверторы обладают хорошими частотными характеристиками, вносят малые нелинейные искажения и имеют коэффициент усиления по напряжению, значительно превышающий единицу.

Еще один вариант построения фазоинвертора на основе двухтактного усилителя мощности, который не нуждается в фазоинверсном каскаде: при подведении однофазного переменного напряжения к входу двухтактного усилителя мощности на его выходе формируются противофазные сигналы. Однако все преимущества двухтактной схемы могут быть полностью реализованы только при достижении абсолютной симметрии схемы.

Фазометр

Фазометр – это электронный прибор (аппарат), служащий для измерения сдвига фаз между двумя гармоническими напряжениями одной частоты (напряжением и током в электрических цепях). Используется в технике измерений неэлектрических величин. Можно выделить электромеханические и электронные фазометры.

В электромеханических как измерительный механизм используется логометр. Также можно выделить одно– и трехфазные фазометры.

Аналоговый фазометр представляет собой двухканальное входное устройство, усилитель-ограничитель, дифференцирующую цепь и диодную схему. Гармонические напряжения, проходя по этим каналам, преобразуются сначала в прямоугольные импульсы, а затем после дифференцирования – в короткие импульсы. Фронты этих импульсов соответствуют моментам перехода гармонических напряжений через ноль.

Продифференцированные импульсы управляют работой триггера. Импульс одного канала фазометра переключает триггер в одно устойчивое состояние равновесия. А импульс второго канала – в другое. Коллекторный ток одного из транзисторов триггера имеет форму прямоугольного импульса, длительность которого пропорциональна фазовому сдвигу между напряжениями каналов.

В коллекторную цепь включают магнитоэлектрический миллиамперметр, показания которого пропорциональны среднему за период значению тока, а шкалу миллиамперметра градуируют в градусах от 0 до 360°.

Диапазон рабочих частот составляет от 20 Гц до 1 МГц. Погрешность измерения составляет 0,5° в диапазоне 20 Гц – 1 кГц и 2% в диапазоне частот 20 кГц – 1 МГц.

Фазорегулятор

Фазорегулятор – электронное устройство, представляющее собой фазную асинхронную машину с заторможенным ротором. Этот аппарат применяется в плавном изменении фазы напряжения на выходе по отношению к фазе на входе. Чаще всего имеет вид фазной асинхронной машины, ротор которой заторможен. Свои функции фазорегулятор выполняет, поворачивая ротор относительно статора. Фазорегулятор может менять фазы от 0 до 360°.

Работает фазорегулятор как электрический трансформатор. Предназначается для плавного изменения фазы напряжения на выходе (на обмотке ротора, подключенной к нагрузке и играющей роль вторичной обмотки трансформатора) по отношению к напряжению на входе (на обмотке статора – первичной обмотке) путем поворота с помощью механического приспособления ротора относительно статора. Мощность фазорегулятора достигает нескольких десятков кВА.

Фазосдвигающая цепь

Фазосдвигающая цепь – это электрическая четырехполюсная цепь, импульс на выходе которой сдвинут по фазе относительно импульса на входе. К фазосдвигающим цепям относятся часто применяемые дифференцирующая и интегрирующая цепи. Наибольшее применение фазосдвигающие цепи получили при разработке самоходных артиллерийских установок, где эти цепи усиливают устойчивость электрического оборудования и улучшают показатели управления.

Фазоуказатель

Фазоуказатель – это электрический прибор измерения порядка чередования фаз в различных электрических цепях.

Факсимильный аппарат

Факсимильный аппарат – это целый ряд механических, электронных и светооптических устройств, основной целью работы которых является передача на расстояние изображений плоских недвижимых объектов при помощи специальных каналов электрической связи, а также прием таких изображений от другого факсимильного аппарата.

Основными составными частями факсимильного аппарата являются система анализа, модулятор, устройство регистрации принятого изображения и узел детектирования. Последние два, кстати, есть лишь у факсимильных аппаратов, предназначенных не только для передачи изображений, но и для их приема. Система анализа необходима при поэтапном преобразовании изображения какого-либо плоского предмета в видеосигнал. Модулятор преобразует полученный системой анализа видеосигнал в электрические импульсы.

Узел детектирования улавливает принятый факсимильным аппаратом электрический сигнал, а устройство регистрации принятого изображения уже преобразует электрический импульс в видеосигнал. Факсимильные аппараты достаточно широко применяются для передачи какой-либо документации на дальние расстояния, если их доставка туда другим способом затруднительна, долговременна или вообще невозможна по каким-либо причинам. Но сейчас факсимильные аппараты нашли конкуренцию в виде развивающихся интернет-технологий.

Фантастрон

Фантастрон – релаксационный генератор с линейно изменяющимся напряжением (ЛИН) на хронирующем (времязадающем) конденсаторе.

Фантастронный однокаскадный автоматический генератор, предназначенный для модуляции импульсов электрического напряжения, которое, в свою очередь, меняется с течением времени. ЛИН формируется компенсационным методом. Основой фантастронного генератора импульсов является один из ЛИН с отрицательной обратной связью. Фантастроны обладают высокой стабильностью формы колебаний и могут работать как в ждущем, так и в автоколебательном режиме.

В фантастронах достаточно просто и удобно осуществляется линейное изменение длительности импульсов, периода или частоты колебаний при изменении управляющего напряжения, в связи с чем эти генераторы часто используют в устройствах регулируемой временной задержки импульсов.

Фантастрон может быть использован в качестве ГЛИН, длительность прямого хода при этом определяется свойствами генератора и не зависит от пускового импульса, основное значение имеет постоянство скорости ЛИН; точность генератора характеризуется нелинейностью и нестабильностью прямого хода ЛИН. Другой важной характеристикой фантастронов является быстродействие. Фантастроны нашли применение в радиотехнике, телемеханике, автоматике и других отраслях науки, где необходимо точное регулирование задержек импульсов.

Феррид

Феррид – это специализированное коммутационное устройство, в состав которого входит электромагнитное реле, контакты которого загерметизированы. Электрические и магнитные характеристики всех контактов и сердечника выбираются так, чтобы после прохождения электрического импульса тока одного напряжения по обмотке управления контакт замыкался и сохранялся. Это обусловлено остаточной намагниченностью сердечника. Такое удерживание импульса будет происходить до тех пор, пока не пройдет какой-либо другой импульс тока с другим напряжением, который и размагнитит сердечник. Феррид отличается от обычных герконовых реле экономичностью при условии сохранения своих эксплуатационных качеств.

Цепная схема

Цепная схема – это тип электрической цепи, которая составлена идентичными последовательно включенными четырехполюсниками. Сферы применения такой схемы очень широки. Эксплуатационные качества цепи зависят от параметров входящих в нее составных частей.

Цифровая вычислительная машина

Цифровая вычислительная машина – это один из типов вычислительной техники, предназначенной для обработки информации, представленной в цифровом виде. Любые числа в цифровой вычислительной машине представлены в виде дискретных значений, т. е. какого-либо значения последовательности электрических импульсов. Чаще всего эти значения изображают в виде двух чисел – «0» и «1», т. е. в двоичной системе счисления.

Использование именно двоичной системы счисления обусловлено тем, что в цифровых вычислительных машинах все логические операции выполняются с помощью электронных логических элементов, имеющих только два устойчивых состояния, которые как раз и представляются за эти два числа для упрощения.

Основной единицей информации, воспринимаемой цифровой вычислительной машиной, является электронная команда, состоящая из двоичных разрядов. Число таких разрядов является длиной слова. Сейчас чаще всего для измерения информации используются биты и байты. Нахождение решения какой-либо задачи на цифровой вычислительной машине сводится к последовательному выполнению соответствующих арифметических задач с учетом использования исходных данных. Основной операцией является сложение, к которому можно привести любую другую арифметическую операцию. Электронные цифровые вычислительные машины могут не только выполнять какие-либо арифметические операции, но и логические действия, что выводит их использование из тех рамок, для которых они создавались. Цифровые вычислительные машины были универсальным аппаратом, преобразовывающим дискретную информацию.

На данный момент их практическое применение очень невелико, но их значение нельзя недооценивать. Именно на них базируется огромное число современного электротехнического оборудования, различные промышленные объекты, работа которых автоматизирована, а также во множестве других жизненно важных отраслях современной жизни общества.

Электрическая машина

Электрическая машина – это устройство, которое совершает полезную работу за счет преобразования электрической энергии в другой вид энергии, или это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую или обратно, либо электрическую энергию опять же в электрическую, но с другими параметрами. Электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами.

Электрический генератор

Электрический генератор – это устройство для преобразования в электрическую энергию неэлектрические виды энергии, такие как тепловая, механическая, химическая и т. д. В зависимости от вида энергии и принципа преобразования различают следующие типы генераторов: электромашинный, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую; электростатический; солнечный термоэлектрический; электрохимический. В свою очередь электромашинные генераторы делятся на синхронные и асинхронные. Среди них наиболее распространены синхронные электромашинные генераторы, вырабатывающие переменный ток промышленной частоты.

В электростатическом генераторе напряжение создается при помощи механического переноса электрических зарядов механическим транспортером. Наибольшее напряжение электростатического генератора – 20 МВ (в настоящее время разрабатываются электростатические генераторы на напряжение до 30 МВ).

Солнечный термоэлектрический генератор служит для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Термоэлектрический генератор с помощью системы обеспечивает концентрацию лучистого потока. Может быть использован в качестве источника энергопитания автономных потребителей мощностью до сотен Вт.

Электрохимический генератор использует принцип прямого преобразования химической энергии реакции топлива и окислителя в электрическую. Реакция преобразования происходит без промежуточного превращения химической энергии в тепловую и соответствующих неизбежных потерь, определяемых принципом Карно, присущих всем тепловым двигателям, причем реакция превращения происходит в самом топливном элементе.

Первое поколение энергетических установок с электрохимическим генератором базировалось на водород-кислородных топливных элементах со свободно циркулирующим щелочным электролитом. Почти одновременно проводились работы по созданию генераторов на более совершенных топливных элементах – с твердополимерным электролитом и с матричным щелочным электролитом.

В этой борьбе двух идей окончательную победу одержала система с матричным щелочным электролитом, которая при одинаковых с твердополимерным топливным элементом массогабаритных показателях и высоком ресурсе обеспечивает на 20—25% более высокую экономичность процесса генерации электроэнергии. Для этой системы освоена стабильная технология, проверенная при изготовлении более сотни генераторов.

Характеристики электрохимического генератора: масса блока – 572 кг, мощность – 40 кВт. Блок электрохимического генератора позволяет выдавать напряжение не ниже 59 В при КПД на номинальном режиме (40 кВт) не ниже 70% и на нагрузке 20% (8 кВт) – не ниже 79%.

В настоящее время активно ведутся работы по твердополимерным топливным элементам, и направлены они на улучшение массогабаритных характеристик и экономичности самих элементов, а также – на снижение стоимости и повышение качества твердополимерных мембран.

К достоинствам энергетических установок с электрохимическим генератором относятся высокий коэффициент полезного действия, абсолютная экологическая чистота, малошумность, низкий уровень температур и значительно меньшее количество отводимого тепла, а также высокая энергоемкость.

Последний параметр очень важен при использовании генератора на подлодках, так как позволяет почти в 10 раз увеличить дальность непрерывного подводного плавания (по сравнению с дальностью плавания традиционной дизельэлектрической подводной лодки).

Электрохимические генераторы могут с высокой эффективностью использоваться во всех тех случаях, когда требуется длительное и надежное обеспечение электроэнергией при отсутствии возможности контакта с атмосферой и когда важны высокий КПД производства электроэнергии, малые габариты оборудования, малошумность, экологическая чистота и небольшие выделения тепла в окружающую среду.

Следует отметить еще один важный момент: компактное хранение водорода – одна из наиболее сложных задач, решаемых при создании электрохимических генераторов. В 1991 г. была отработана технология системы хранения водорода для второго поколения генераторов, изготовлены два опытных образца интерметаллидного накопителя, испытаны в стендовых условиях и всесторонне освоены, продемонстрировав очень хорошие эксплуатационные качества. Но по мере увеличения энергоемкости установок выявилось, что предпочтительней система генерации водорода на борту подводной лодки из углеводородного топлива, поэтому уже сейчас наряду с поиском более водородоемких и дешевых интерметаллидов ведутся проработки и исследования по конверсии углеводородного топлива.

Электрический двигатель

Электрический двигатель – это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Электролитический конденсатор

Электролитический конденсатор – это электрический конденсатор, который состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, состоящим из слоя окиси алюминия, нанесенного электролитическим путем на алюминиевую фольгу (анод), находящуюся в контакте с вязким раствором электролита, которым пропитана бумажная или марлевая прокладка.

Электролитические конденсаторы обладают униполярностью емкости, т. е. на выводе конденсаторов подается «плюс», а на корпус – «минус». Электролитический конденсатор имеет недостаточную стабильность по емкости при высоком tg B. Чаще всего данные конденсаторы имеют емкость до 2000 мкФ при отсутствии рабочего напряжения постоянного тока на единицу толщины диэлектрика, при тангенсе угла потерь от 500 до 2500 (tg B умножить на 104), при отсутствии удельной реактивной мощности. Для временного включения на переменное напряжение электролитические конденсаторы могут быть двуанодными, и их основным преимуществом является большая емкость, которая достигает 2000 мкФ при напряжении от 6 до 12 В.

Раздел 11. Гидротехника. Гидравлика. Вакуумная техника

Адсорбционный насос

Адсорбционный насос – вакуумный насос, в основе действия которого лежит явление адсорбции, т. е. откачиваемый газ адсорбируется на поверхности различных газопоглощающих веществ, например цеолита или геттера. Принцип действия адсорбционных насосов основан на способности предварительно лишенных газа твердых пористых тел поглощать газы и пары в основном за счет физической адсорбции.

Адсорбционные насосы нашли применение в системах безмасляной откачки как для создания предварительного разрежения, так и для получения и поддержания весьма низкого давления в высоковакуумных сосудах. В качестве поглощающих материалов (адсорбентов) могут применяться силикагели, алюмогели, цеолиты и активированные угли. Однако наибольшее распространение в качестве адсорбента получили цеолиты, представляющие собой алюмосиликаты щелочного или щелочно-земельного металла, природного или искусственного происхождения.

Пористую структуру и очень хорошие адсорбирующие свойства они приобретают после прокаливания; при этом кристаллическая решетка не разрушается, но после удаления кристаллизационной воды в цеолитах получаются равномерные по размерам тонкие поры. В поры могут проникать только те газы, диаметр молекул которых меньше размера пор, т. е. цеолиты обладают избирательным поглощением газов, это дало повод называть их молекулярными ситами. Например, цеолит марки СаА обладает порами с диаметром 0,5 нм, цеолит марки NaX – 0,9 нм. Напомним, что диаметры молекул основных атмосферных газов О2, N2, СО2 близки к 0,3 нм. Многочисленные поры образуют большую удельную поверхность. Так, у цеолита СаА поры имеют удельную поверхность, достигающую 600 м2/г.

Недостатком цеолитов, как, впрочем, и других адсорбентов, является то, что они плохо поглощают инертные газы, в частности аргон, содержание которого в воздухе достигает 1%, а также практически полная их неэффективность по отношению к газам с очень низкой точкой кипения (Н2, Не, Ne). С увеличением количества поглощенного газа при неизменной температуре адсорбента возрастает равновесное давление откачиваемого газа. Вместе с тем при одном и том же количестве поглощенного газа равновесное давление над поверхностью адсорбента тем меньше, чем ниже его температура. Поэтому в вакуумных адсорбционных насосах адсорбент обычно охлаждается жидким азотом и, реже, жидким водородом или гелием. В цилиндрический корпус, изготовленный из нержавеющей стали, вставлена перфорированная трубка. Кольцевое пространство между трубкой и корпусом заполнено адсорбентом. Для охлаждения адсорбента на насос снизу надевается сосуд Дьюара, в который заливают жидкий азот. После окончания откачки кран на входе насоса закрывается, сосуд Дьюара снимают, и насос отогревается до комнатной температуры. При этом вследствие обратного выделения газа из адсорбента давление в объеме насоса может превысить атмосферное. В связи с этим в верхней части насоса предусмотрен клапан (пробка), предохраняющий насос от разрушения при выделении газа из адсорбента. Такого отогрева с выпуском выделяющихся газов в атмосферу достаточно, чтобы насос был готов к следующему циклу откачки. Предельное остаточное давление адсорбционного насоса определяется адсорбционной емкостью адсорбента и зависит от количества поглощенного насосом газа. С целью получения низких предельных остаточных давлений рекомендуется осуществлять предварительную откачку сосуда до давления 104 Па водоструйным или механическим вакуумным насосом. Иногда в качестве насоса для форвакуумной откачки используют другой адсорбционный насос.

Основным достоинством адсорбционных насосов является полное отсутствие органических загрязнений откачиваемого сосуда.

Недостатки насосов – необходимость использования жидкого азота, периодическая регенерация и довольно значительное время охлаждения насоса.

Бустерный насос

Бустерный насос – это разновидность вакуумного насоса. Представляет собой пароструйный насос, который служит для того, чтобы создавать средний вакуум внутри вакуумной системы. Сам бустер (от английского слова booster) является вспомогательным устройством, которое применяется с целью увеличения значений силы и скорости в действии основных механизмов и машин: это может быть первая ступень в многоступенчатой ракете, гидравлические, электрические или же пневматические устройства в цепи управления в рулях самолета.

Вакуумный насос

Вакуумный насос – разновидность насосов, которая применяется с целью удаления (т. е. откачивания) газа или пара из какого-то замкнутого объема или замкнутой системы – для создания в ней безвоздушного пространства, т. е. вакуума. Существует несколько типов вакуумных насосов, основными из которых являются механический, струйный, сорбционный и криогенный вакуумный насос. Рассмотрим более подробно виды вакуумных насосов.

1. Водокольцевые насосы – относятся к насосам объемного действия. При быстром вращении ротора, имеющего радиальные лопатки, вода отбрасывается к периферии корпуса и создает водяное кольцо приблизительно постоянной толщины, благодаря которому полости, образуемые лопатками ротора, герметично отделяются друг от друга. Так как ось вращения ротора смещена относительно оси цилиндрической расточки корпуса, то при вращении ротора объемы, отсекаемые лопатками, меняются, и, таким образом, создается разреженное пространство, обеспечивающее всасывание откачиваемого газа через впускное отверстие и сжатие газа перед выбросом его в атмосферу через выпускное отверстие.

Через выпускное отверстие удаляется также излишек воды, благодаря чему толщина водяного кольца остается постоянной во время работы насоса, несмотря на подвод холодной воды из сети, что необходимо для отвода тепла и для компенсации потерь воды в виде паров и брызг, выбрасываемых с откачиваемым газом. Предельное остаточное давление насоса определяется давлением паров воды и составляет примерно 2 × 103 Па при 293 К. Водокольцевые насосы применяют для откачки черновых трубопроводов централизованных форвакуумных систем, в сушильных установках, а также в качестве безмасляных насосов для форвакуумной откачки.

  2. Механические вакуумные насосы с масляным уплотнением. Механические вакуумные насосы с масляным уплотнением относятся к насосам объемного действия и работают за счет периодического изменения объема рабочей камеры.

Механические насосы могут быть пластинчато-роторными, пластинчатостаторными и плунжерными (или золотниковыми). В цилиндрической расточке камеры насоса вращается эксцентрично расположенный ротор, в прорези которого свободно вставлены пластины с пружиной. При вращении ротора пластины скользят по внутренней поверхности цилиндра, и в камере насоса образуются две полости переменного объема, одна из которых – полость всасывания, другая – полость сжатия. Полость всасывания при вращении ротора увеличивает свой объем, и в нее поступает газ из впускного патрубка, связанного с откачиваемым сосудом. Объем полости сжатия, расположенный на выпускной стороне, уменьшается при вращении ротора, и в ней происходит сжатие газа. Эта полость соединена с клапаном. Когда давление газа в полости станет достаточным для открытия клапана, произойдет выхлоп. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса – маслом, благодаря чему обратное перетекание газа с выхода на вход становится достаточно малым. Масло заполняет и так называемые вредные пространства, из которых газ вытесняется при работе роторного механизма (например, объем под клапаном) и исключает их влияние, ведущее к повышению предельного остаточного давления. Одновременно масло обеспечивает смазку и частичное охлаждение механизма насоса. Масло поступает в камеру насоса через зазоры и сверления в корпусе из маслорезервуара, где оно находится под атмосферным давлением, а через выхлопной клапан вновь возвращается в маслорезервуар. Такую же роль масло выполняет и в других типах насосов с масляным уплотнением, принципы работы которых рассмотрены ниже. В пластинчато-статорном насосе пластина, разделяющая полости всасывания и сжатия, свободно скользит в прорези статора, прижимаясь к ротору под действием пружины (через рычаг). В плунжерном (золотниковом) насосе в цилиндрической камере корпуса насоса вращается эксцентрик с надетым на него плунжером. Газ из откачиваемого сосуда поступает в полость всасывания через окно в прямоугольной части плунжера, который скользит в направляющей, свободно поворачивающейся в гнезде корпуса. При повороте эксцентрика на некоторый угол от верхнего положения окно в прямоугольной части плунжера выходит из направляющей вниз, полость всасывания соединяется с впускным патрубком насоса и газ поступает в полость всасывания, непрерывно увеличивающую свой объем, пока окно не будет снова перекрыто. Одновременно в полости сжатия происходят сжатие и выталкивание газа через выхлопной клапан. Процесс напуска газа через окно напоминает работу золотникового распределительного устройства, поэтому насосы такого типа получили название золотниковые.

Параметры и характеристики: предельное остаточное давление и некоторые другие параметры механических насосов с масляным уплотнением в значительной степени зависят от свойств рабочей жидкости (масла), залитой в насос. Как газы, так и конденсирующиеся пары, создающие обратный поток, попадают на вход насоса из циркулирующего в нем масла. Перед поступлением в камеру насоса масло некоторое время находится в маслорезервуаре, где подвергается воздействию атмосферного воздуха и поглощает газы. При поступлении масла в рабочую камеру поглощенные ранее газы выделяются из пленки масла и поступают на вход насоса.

У одноступенчатых насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов составляет обычно 2,7—6,6 Па, а полное остаточное давление 2—6,6 Па. Пары на входе насоса являются не парами масла, а в основном продуктами его разложения (крекинга). В то время как давление насыщенных паров при комнатной температуре для масел, используемых в насосах с масляным уплотнением, меньше 102—103 Па, легколетучие продукты крекинга масла имеют гораздо более высокие давления насыщения, что и определяет показание манометрического преобразователя. Крекинг масла в насосах происходит из-за возникновения высоких местных температур в области контактов трущихся поверхностей, которые не полностью разделены слоем масла. Обратный поток продуктов крекинга масла и других углеводородов составляет (на единицу площади сечения впускного патрубка) 0,1—0,3 мг/ч × см2. Наличие обратного потока продуктов крекинга масла приводит к загрязнению откачиваемых сосудов.

Для уменьшения обратного потока, поступающего из насоса в откачиваемый сосуд, во впускном патрубке насоса устанавливают ловушки. Кроме продуктов крекинга, на входе насоса обычно имеются пары загрязняющих масло легколетучих веществ (воды, растворителей). Для получения давлений остаточных газов ниже 10-1 Па используют двухступенчатые насосы с масляным уплотнением. Ближайшая к откачиваемому сосуду высоковакуумная ступень должна создавать небольшой перепад давлений (не более 0,1 Па) и поэтому не нуждается в масляном уплотнении, так как при низком давлении узкие зазоры обладают большим сопротивлением потоку газа.

Ступень 1 в процессе работы обычно не сообщается с масляным резервуаром ступени 2, и в нее не заносится воздух, растворенный в масле, благодаря чему и возможно достижение низких давлений. Небольшое количество масла, имеющееся в некоторых конструкциях насосов в отдельном маслорезервуаре ступени 1 для смазки механизма, находится под непрерывной откачкой ступенью 2, так что легкие фракции масла, имеющиеся в ступени 1, непрерывно откачиваются. Поэтому на входе двухступенчатого насоса количество паров легких фракций масла, определяющих полное остаточное давление, значительно меньше, чем у одноступенчатого. Давление остаточных газов у лучших образцов двухступенчатых насосов составляет 10-3 Па, полное остаточное давление 6,5—10-1 Па.

У насосов с масляным уплотнением давление остаточных газов в основном определяется качеством изготовления. Как уже отмечалось, полное остаточное давление насоса зависит от состава (наличия летучих фракций) и состояния (в первую очередь – от температуры) рабочей жидкости. При повышении температуры масла наблюдается повышение как полного остаточного давления насоса, так и давления остаточных газов. После запуска холодного насоса установившаяся температура масла (50—70 °С) достигается через 2—3 ч в зависимости от размеров насоса. Быстрота действия ASн-насосов с масляным уплотнением определяется их конструкцией. Быстрота действия насосов объемного действия практически не зависит от рода откачиваемого газа, так как разница в проводимости входных коммуникаций по разным газам очень мало сказывается на быстроте действия насоса. Быстрота действия одно– и двухступенчатых насосов зависит от впускного давления. Мощность, потребляемая насосами с масляным уплотнением, затрачивается на преодоление трения в механизме насоса (мощность трения или мощность потерь) и на процесс перемещения и сжатия газа (индикаторная мощность). В области низких давлений (ниже 103 Па) потребляемая насосом мощность практически остается постоянной и не зависит от давления на впуске. Эта постоянная мощность в области низких давлений и является мощностью потерь. Наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление у механических насосов с масляным уплотнением равно атмосферному. Однако заводы-изготовители не рекомендуют длительную работу при давлении выше 2—4 Па, что связано с нежелательным уменьшением количества масла, поступающего в единицу времени в рабочую камеру насоса при повышенных давлениях, а также с выбросами и уносом масла в виде брызг и масляного тумана вместе с потоком откачиваемого газа. В качестве рабочей жидкости насосов с масляным уплотнением, как правило, используются продукты, получаемые из промышленных минеральных масел. Кроме обычных требований (низкая кислотность, необходимая вязкость, хорошие смазывающие свойства и т. п.), к маслам для вакуумных насосов предъявляются дополнительные: высокая термическая стойкость и низкое давление паров в интервале рабочих температур насоса, так как в противном случае невозможно получение низких предельных остаточных давлений.

Конструкции насосов. Пластинчатороторные насосы выполняются обычно с быстротой действия до 6 л/с. Это объясняется тем, что в местах контакта пластин с камерой насоса достигаются достаточно высокие относительные скорости, что и ограничивает, главным образом, создание крупных пластинчато-роторных насосов. В плунжерных (золотниковых) насосах трение происходит лишь в направляющей, где относительная скорость сравнительно невелика. Поэтому средние (от 6 до 100 л/с) и крупные (свыше 100 л/с) насосы выполняются плунжерными (золотниковыми).

Недостатком плунжерных (золотниковых) насосов является неуравновешенность движущихся масс. Пластинчато-статорные насосы просты по конструкции, так как имеют минимальное количество трущихся пар, но из-за больших относительных скоростей пластины и ротора и значительной неуравновешенной массы эксцентричного ротора в настоящее время практически не изготавливаются. В малых насосах рабочие камеры герметизированы от попадания атмосферного воздуха путем погружения их в коробку с маслом, при этом обычно не требуется дополнительных уплотнений между цилиндрами и торцами рабочих камер. Вал насоса выводится из масляной ванны через самоподтягивающуюся резиновую манжету, предотвращающую течь масла. Камеры средних и крупных насосов выполняются из вакуум-плотных отливок и не требуют погружения в масляную ванну.

Места соединения торцевых крышек с цилиндрами герметизируются в этом случае шеллаком или глифталевым лаком или же резиновыми прокладками. Вал выводится в атмосферу через заполненный маслом сальник с самоподтягивающейся резиновой манжетой. Входные патрубки малых насосов часто выполняются в виде штуцеров под резиновый шланг, однако длинные участки резиновых шлангов во входных коммуникациях насосов делают невозможным получение низких предельных остаточных давлений из-за большого газовыделения резины, поэтому в последних моделях малых насосов входные патрубки делаются, как и у крупных, фланцевыми. Во входных патрубках насосов иногда устанавливают металлические сетки, защищающие механизм насоса от попадания мелких твердых предметов, выводящих насос из строя.

В средних и крупных насосах масляный резервуар выполняется либо заодно с корпусом насоса, либо в виде отдельного бака, соединенного трубками для подачи масла к соответствующим местам насоса. Приемное отверстие трубки или канала для подачи масла в рабочую камеру насоса всегда располагается выше дна масляного резервуара, что предотвращает попадание грязи и воды в насос. Если на вход остановленного насоса не напустить атмосферный воздух, то масло в резервуаре, находящееся под атмосферным давлением, заполнит камеру насоса, в которой сохраняется разрежение, и поднимется во впускной патрубок и даже в откачиваемый сосуд (если во впускной коммуникации не установлен клапан).

Последующий запуск насоса сильно затрудняется необходимостью вытеснить из камеры вязкое масло через выхлопной клапан и вызывает большие нагрузки на механизм насоса при резком пуске двигателя. Для предотвращения всасывания масла в маслопроводе некоторых средних и крупных насосов устанавливают клапан, который надо открывать непосредственно после запуска и закрывать перед выключением насоса.

У дистанционно управляемых насосов в маслопроводах устанавливают электромагнитный клапан, срабатывающий при включении и выключении электродвигателя или приводящийся в действие от центробежного механизма, связанного со шкивом насоса. Малые насосы, как правило, не имеют запирающих устройств в маслопроводе, поэтому для предотвращения всасывания масла во впускную коммуникацию необходимо напустить воздух на вход остановленного насоса. Масло может проникать в остановленный насос и через выхлопной клапан; чтобы этого не происходило, объем масла, находящийся над выхлопным клапаном, ограничивают, окружая клапаны щитками или кожухами. Работа насоса при высоких впускных давлениях 104 Па сопровождается выбросами брызг и капель масла в выхлопной патрубок вместе с потоком откачиваемого газа. Для устранения этого явления у выхлопного отверстия насоса устанавливают маслоотделители (маслоотбойники), например, в виде щитков.

В насосах средних размеров иногда используют отдельные маслоотбойники, прикрепленные к выхлопному отверстию в корпусе насоса. При впускных давлениях 104—102 Па работа насосов сопровождается образованием заметных количеств так называемого масляного тумана, который выходит из насоса в виде сизо-белого дыма.

В насосах с быстротой действия до 5 л/с для задержания масляного тумана могут быть использованы простые фильтры, например бумажные, из стекловаты или керамические. Однако эти фильтры нуждаются в периодической замене (бумажные) или промывке (керамические), а также затрудняют эксплуатацию насосов, откачивающих пары воды. Поэтому лучшим способом защитить производственное помещение от поступления масляного тумана является подключение выхлопа насоса к выхлопной коммуникации с помощью дюритового шланга или металлической трубы.

Газобалластное устройство и откачка конденсирующихся паров. Проведение многих вакуумных технологических процессов (сушка, пропитка, дистилляция) сопровождается выделением значительных количеств конденсирующихся паров, откачка которых обычным насосом с масляным уплотнением еще 40—50 лет тому назад была очень трудной задачей. Если в логарифмическом масштабе показать изменение давления газа и паров в камере насоса по мере увеличения степени сжатия, то получится следующее: ε = VВС / VСЖ , где VВС – объем рабочей камеры насоса в момент на конец всасывания, а VСЖ – объем рабочей камеры в момент сжатия при давлении ρвып = 1,2 × 105 Па, когда открывается выхлопной клапан. Пусть давление во впускном сечении насоса составляет 1,33 × 102 Па. При сжатии газа давление возрастает до ρвып, клапан открывается и газ выталкивается из насоса.

Иначе обстоит дело при откачке конденсирующихся паров, которые не могут быть сжаты до давления, превышающего давление насыщения ρнас при данной температуре, так как дальнейшее сжатие приводит не к росту давления, а к конденсации некоторого количества паров, и давление в камере насоса остается постоянным, не достигая значения ρвып. При конденсации в камере насоса выхлопной клапан открывается вследствие резкого гидравлического удара конденсата и масла о пластину клапана. Конденсат смешивается с маслом и ухудшает его свойства. Попавший в масло конденсат испаряется в камере насоса и увеличивает полное остаточное давление. Давление насыщения большинства встречаемых в практике паров при комнатной температуре лежит выше 1,33 × 103 Па, т. е. практически может быть достигнуто только в насосах с масляным уплотнением, имеющих выпускное давление, равное атмосферному; в других насосах (двухроторных, турбомолекулярных, струйных), не работающих против атмосферного давления, эти пары не конденсируются.

Наиболее часто встречается необходимость в откачке паров воды. Вода, попавшая в масло, помимо образования трудноразделимой эмульсии масло – вода, вызывает целый ряд химических взаимодействий, ведущих к ухудшению смазывания, перегреву и осмолению насоса, не говоря уже о повышении предельного остаточного давления и коррозии отдельных деталей насоса.

Эффективным способом предотвращения конденсации паров в насосе является напуск так называемого балластного газа в камеру насоса в добавление к поступившему в нее пару после отделения камеры от впускного патрубка насоса. В качестве балластного газа обычно используется атмосферный воздух, поступающий в камеру через отдельное отверстие с обратным клапаном, связанное с краном-дозатором трубкой или отверстием в корпусе. Устройство для напуска балластного газа называют газобалластным, насос с таким устройством – газобалластным насосом. Практически все насосы выпускаются сейчас с газобалластным устройством.

В камере газобалластного насоса сжимается смесь паров с балластным газом, причем количество балластного газа определяется из условия, чтобы к моменту достижения смесью давления выхлопа парциальное давление паров не достигало давления насыщения. То есть чтобы выполнялись условия ρб + (ρг + ρп) V/VСЖ больше либо равно ρвып, а ρ Vрс /VСЖ меньше либо равно ρнас, где ρб – давление сжатого балластного газа; ρг – давление газа во входном сечении насоса; ρп – давление пара во входном сечении насоса; ρнас – давление насыщенного пара при рабочей температуре насоса; ρвып – выпускное давление насоса; Vpc – объем рабочей камеры в момент «конец всасывания»; Vсж – объем рабочей камеры в момент «конец сжатия».

Условие справедливо при изотермическом процессе сжатия в насосе, что не совсем строго для реального насоса, но позволяет легко определить поток балластного газа Q'б, необходимый для предотвращения конденсации. В случае откачки только конденсируемых паров (ρрг примерно равно 0) формула упрощается: Q'б больше либо равно SнPП (Рвып/Рнас-1). Уравнение показывает, что поток балластного газа Q'6 должен быть тем больше, чем больше быстрота действия Sн насоса, давление пара Рп во входном сечении и чем меньше давление насыщенных паров (т. е. температура масла в насосе). Отметим, что если давление насыщенных паров Рнас численно равно выпускному давлению Рвып, насос не требует балластного газа для предотвращения конденсации. Например, насос со специальным маслом, работающий при температуре примерно 380 К, способен откачивать пары воды без напуска балластного газа. Допустимое давление паров воды на входе является паспортной характеристикой газобалластного насоса. Другой важной характеристикой газобалластного насоса является количество (масса) паров, которое он откачивает в единицу времени при заданном давлении паров на входе, т. е. массовая производительность М'п насоса по откачиваемому пару. Ее легко подсчитать, представив уравнение состояния для откачиваемой в единицу времени порции пара в виде РП SН = М'П/M R0T, где М – молекулярная масса пара; Sн – быстрота действия насоса, л/с; Рп– давление пара на впуске, Па; R0 – 8,3 × 103 Дж/(К × кмоль) – универсальная газовая постоянная; Т – температура пара, К. Для паров воды (М = 18) при Т = 293 К массовая производительность насоса определяется формулой, кг/ч:

М'П = 2,67 – 10-5 SНPП .

Формулы справедливы, конечно, только в том случае, если масло при откачке не загрязняется конденсатом, т. е. предельное остаточное давление насоса по откачиваемым парам ρ = 0. В противном случае, если масло загрязняется конденсатом (например, из-за недостаточной подачи балластного газа или из-за родства откачиваемых паров и масла, когда пары растворяются в масле), предельное остаточное давление насоса по откачиваемым парам ρпост не равно 0 и наблюдается уменьшение массовой производительности насоса по парам, что может быть учтено, если в формулы вместо ρп представить (ρп – ρпост). Следует иметь в виду, что газобалластные насосы весьма эффективны при откачке паров воды, но при откачке паров, растворяющихся в масле из паровой фалы (например, пары бензина, бензола), их эффективность снижается, о чем можно судить по снижению массовой производительности в сравнении с расчетным значением. Пример: определить допустимое давление паров воды для газобалластного насоса с быстротой действия 6 л/с при потоке балластного газа Q'б = 40 м3 × Па/с, выпускном давлении ρвып = 1,2 – 105 Па и температурах масла 60, 70 и 80 °С.

Находим давление насыщенных паров при указанных температурах Р60 = 2 – 104 Па, Р70 = 3,2 – 104 Па, Р80 = 4,8 – 104 Па, и по формуле находим допустимые давления паров воды Р пдоп соответственно 1,33 × 103; 2,42 × 103 и 4,45 × 103 Па. Поток балластного газа может регулироваться с помощью крана-дозатора.

В двухступенчатых насосах напуск балластного газа, как правило, производится только в выхлопную ступень, так как в первой высоковакуумной ступени сжатия или не происходит, или его недостаточно для конденсации паров. Ввиду того что балластный газ все же перетекает через механизм насоса на сторону всасывания, предельное остаточное давление одноступенчатых насосов увеличивается примерно до 102 Па. Предельное остаточное давление двухступенчатых насосов при работе с балластным газом увеличивается до 1—10 Па в зависимости от конструкции и степени износа механизма. При работе газобалластного насоса из выпускного патрубка выходит парогазовая смесь, содержащая насыщенные пары при температуре насоса 333 К и выше. По мере движения по выпускному трубопроводу, стенки которого имеют комнатную температуру, пар конденсируется на них и конденсат может стекать обратно в насос, особенно если выпускной трубопровод имеет длинные вертикальные участки. В таких случаях в трубопроводе около насоса размещают отделитель конденсата. Если пары, выделяющиеся в откачиваемом сосуде, имеют высокую температуру и могут конденсироваться на стенках впускного трубопровода, на входе насоса должен быть установлен отделитель конденсата аналогичной конструкции, так как попадание, например, капель воды приводит к образованию эмульсии в механизме насоса.

При очень высоком впускном давлении паров (свыше 4 × 103 – 5,3 × 103 Па) используются водоохлаждаемые конденсаторы. Давление паров на выходе конденсатора не превышает допустимого значения для газобалластного насоса. Во избежание конденсации паров в камере самого насоса корпус должен быть прогрет до рабочей температуры масла перед началом откачки паров. Для этого насос включают примерно за час до начала откачки и при закрытом впускном патрубке дают работать с полным напуском балластного газа.

Практические указания по эксплуатации. К каждому насосу прилагается достаточно подробная инструкция по эксплуатации, однако ввиду широкого применения насосов с масляным уплотнением полезно запомнить несколько общих правил их эксплуатации.

Небольшие насосы с быстротой действия до 3—5 л/с часто не закрепляются на фундаменте, а устанавливаются прямо на полу. При этом рекомендуется ставить насос в неглубокий металлический противень (на случай течи масла) и подкладывать под него резиновый лист для уменьшения шума. Металлическая цельнотянутая труба в качестве вакуумной коммуникации всегда предпочтительней резинового шланга, так как вследствие газовыделения резины может быть затруднено получение низких давлений. Между насосом и откачиваемым сосудом должен быть предусмотрен компенсатор вибрации, в качестве которого может быть использован кусок вакуумного резинового шланга. При использовании коротких кусков резинового шланга для соединения металлических труб следует насколько возможно сближать торцы труб.

Средние и крупные насосы обычно устанавливаются на фундаменте, впускной патрубок соединяется с магистралью откачки с помощью сильфона или другого гибкого элемента для компенсации вибраций. Перед присоединением к вакуумной системе полезно проверить создаваемое насосом полное остаточное давление при работе «на себя», т. е. с заглушкой на впускном патрубке, к которой присоединен манометрический преобразователь. Попадание твердых предметов в рабочую камеру приводит к поломке насоса, поэтому входной патрубок насоса, отсоединенного от вакуумной системы, должен быть тщательно закрыт. Особое внимание при эксплуатации должно быть обращено на сохранение качества и количества залитого в насос масла.

Не следует без особой необходимости допускать работу насоса при высоких впускных давлениях во время откачки сосуда от атмосферного давления, так как это может привести к уносу капель масла с выхлопными газами; поэтому желательно дросселировать поток газа, не полностью открывая кран на входе насоса.

Если насос не обеспечивает необходимого предельного остаточного давления, причины этого должны находиться и устраняться в следующем порядке:

  1) недостаток масла в насосе – следует долить масло;

  2) плохое качество масла или его загрязнение конденсатом – можно попытаться очистить масло, включив подачу балластного газа при работе насоса с закрытым впускным патрубком. Если в течение 15—20 мин предельное остаточное давление не уменьшается, следует сменить масло;

  3) загрязнение, коррозия или поломка клапанов – необходимо вскрыть клапанную коробку и устранить неисправности;

  4) загрязнение каналов для подвода масла в камеру насоса – устранение этого дефекта связано обычно с переборкой насоса;

  5) износ, нарушение нормальной работы или поломка деталей – устранение таких неисправностей также связано с полной или частичной переборкой насоса.

  3. Механические вакуумные насосы с деформируемой камерой.

Принцип действия. Как уже отмечалось, существенным недостатком механических вакуумных насосов с масляным уплотнением является проникновение паров масла и продуктов его крекинга в откачиваемый сосуд. Для создания так называемого чистого вакуума были разработаны механические насосы с деформируемой рабочей камерой.

Принцип действия насоса заключается в последовательном цикличном изменении объема эластичной камеры при ее деформации роликами. При вращении турникета с тремя роликами по часовой стрелке происходит всасывание газа и перенос его к выпускному клапану, где газ выбрасывается в атмосферу. При работе насоса в эластичной камере периодически создается разрежение. С тем, чтобы исключить сжатие камеры атмосферным давлением, в полости насоса создается разрежение. Для этого в корпусе насоса эластичная камера закреплена двумя кольцами таким образом, чтобы образовались две рабочие камеры, причем одна камера предназначается для откачки рабочего сосуда, а другая камера – для откачки внутренней полости самого насоса. Камеры соединены последовательно друг с другом. В каждой рабочей камере установлен свой турникет с тремя роликами. Существенным недостатком насоса является малый межремонтный период (500—1000 ч) из-за недостаточной прочности и износостойкости деформируемой камеры, которая изготовляется обычно из пластика типа полиуретана.

Практические указания по эксплуатации. При аварийном прорыве атмосферы или при заклинивании выпускного клапана эластичная камера может чрезмерно раздуться, что приведет к быстрому выходу ее из строя. Поэтому нельзя начинать откачку сосуда, находящегося при атмосферном давлении, если в насосе уже достигнуто предельное остаточное давление или если насос работает только на откачку собственного объема. Давление в откачиваемом сосуде не должно превышать давление в собственном объеме насоса более чем на 5 × 103 Па. При длительной работе насоса, особенно при давлении более 1000 Па, из-за разогрева заметно снижаются прочностные характеристики материала гибкой камеры и увеличивается износ, уменьшающий ресурс работы насоса. Насосы этого типа не имеют газобалластного устройства. Поэтому при откачке конденсирующихся паров и газов в выпускном патрубке насоса скапливается конденсат, который не только увеличивает предельное остаточное давление, но и нарушает работу насоса.

Предельное остаточное давление насосов с деформируемой камерой составляет обычно 10-1 Па и определяется, главным образом, парами воды. Большую опасность для работы насоса представляет попадание внутрь эластичной камеры посторонних твердых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена сетка с размерами ячейки 1 × 1 мм.

  4. Двухроторные вакуумные насосы.

Принцип действия. Двухроторные вакуумные насосы, работающие по принципу давно известной воздуходувки Рутса, широко используются в области среднего вакуума.

Схема действия двухроторного вакуумного насоса: в рабочей камере насоса расположены два ротора, напоминающие в сечении цифру 8, синхронно вращающиеся навстречу друг другу. Синхронность вращения обеспечивается с помощью закрепленных на валах роторов шестерен связи, вынесенных за пределы рабочей камеры. Во время работы роторы не касаются друг друга и стенок рабочей камеры, что достигается благодаря их точному профилированию и регулировке зазоров при сборке.

Основными достоинствами двухроторных насосов является отсутствие трения в роторном механизме, простота устройства и возможность хорошей динамической балансировки роторов, в связи с чем достигаются большие скорости вращения и высокая быстрота действия насосов при сравнительно малых габаритах и массе. Имеет место ряд последовательных положений роторов при работе, что помогает понять процесс передачи газа со стороны впуска (слева) на сторону выпуска (направо). Нетрудно понять, что газ передается постоянными объемами, находящимися между корпусом и впадинами роторов.

Быстрота действия двухроторного насоса определяется объемом, удаляемым впадинами обоих роторов в единицу времени, с учетом обратного перетекания газа с выхода на вход через зазоры в роторном механизме. Эти зазоры сравнительно велики (даже у самых маленьких насосов зазоры немногим меньше 0,1 мм), и если бы двухроторные насосы работали с выхлопом в атмосферу, их предельное остаточное давление составляло бы около 104 Па. Поэтому двухроторные насосы имеют на выхлопе форвакуумный насос (чаще всего механический вакуумный насос с масляным уплотнением), иначе они не способны создать низкие давления. Характерна зависимость быстроты действия двухроторного вакуумного насоса от впускного давления.

Конструкция и характеристики. Быстрота действия двухроторного насоса тем больше, чем меньше отношение Рвып / ρнач (сжатие), т. е. чем больше быстрота действия Sн форвакуумного насоса при неизменном потоке газа.

В двухроторном насосе газ передается с входа на выход порциями постоянного объема, т. е. объем камеры при этом не уменьшается. Сжатие передаваемого газа происходит практически мгновенно от давления ρнач до давления Рвып при сообщении полости, передающей газ, со стороной выпуска двухроторного насоса, так как в нее устремляется газ со стороны выпуска. Поэтому затрачиваемая двухроторным насосом на выталкивание газа мощность относительно больше, чем она была бы у механического вакуумного насоса с масляным уплотнением, работающего при таких же условиях. Однако этот недостаток при работе в области низких давлений 103—10-1 Па несуществен, так как абсолютное значение этой мощности очень мало. Потеря мощности в приводе, подшипниках и шестернях связи также невелика, а трение в роторном механизме отсутствует, поэтому у двухроторных насосов в области давлений менее 6,5—102 Па потребление мощности на единицу быстроты действия (удельная мощность) значительно меньше, чем у насосов с масляным уплотнением.

Двухроторные вакуумные насосы часто объединяют в агрегаты с механическими вакуумными насосами, предназначенными для предварительного разрежения. В качестве примера можно привести агрегат, состоящий из последовательно соединенного двухроторного насоса с механическим вакуумным насосом. Привод обоих насосов осуществляется от одного электродвигателя. Применение двухроторных вакуумных насосов особенно целесообразно в системах централизованного форвакуума, при откачке установок обезгазивания и сушки деталей, в которых наблюдается значительное газовыделение.

Двухроторные вакуумные насосы выгодно применять для откачки электровакуумных приборов, не требующих давления, меньшего 5 × 10-2 Па. Состав остаточных газов двухроторных насосов такой же, как и у механических вакуумных насосов с масляным уплотнением, т. е. несмотря на отсутствие смазки в роторном механизме, двухроторные насосы не обеспечивают безмасляного вакуума, так как из-за малых значений наибольшего сжатия (не более 100) пары масла поступают на вход со стороны форвакуума из камеры шестерен связи и их подшипников.

Практические указания по эксплуатации. При эксплуатации двухроторных насосов необходимо периодически контролировать уровень масла в полостях под торцевыми крышками (через смотровые окна), отсутствие течей масла из ввода вращения и исправность механизма насоса (отсутствие подозрительных шумов и стуков при запуске, работе и остановке). Недостижение паспортного предельного остаточного давления обычно связано с течью в системе или во фланцах или с неисправностью форвакуумного насоса, так как течи в двухроторных насосах возникают очень редко (обычно в результате неудачной переборки насоса), а небольшие случайные задиры роторов мало сказываются на предельном остаточном давлении.

5. Эжекторные насосы. Принцип действия эжекторных насосов состоит в следующем. Рабочее тело (газ, пар или вода), имеющее повышенное давление, поступает в сопло, где потенциальная энергия сжатого рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию струи. Струя, получившая высокую скорость и имеющая низкое статическое давление, на выходе из сопла попадает в камеру смешения. В камере смешения откачиваемый газ увлекается рабочим телом и интенсивно смешивается с ним. Эта смесь, обладающая несколько меньшей, но все еще значительной скоростью, попадает в диффузор, в котором сжимается за счет перехода кинетической энергии струи в потенциальную энергию давления.

На место удаляющейся из камеры смешения смеси поступают все новые порции газа, которые, в свою очередь, также смешиваются и увлекаются рабочим телом. На выходе из диффузора давление смеси будет меньше давления рабочего тела на входе в сопло, но значительно выше давления откачиваемого газа в камере смешения. Эжекторные насосы работают в области давлений от атмосферного до 1 Па и могут применяться в вакуумных системах в качестве самостоятельных насосов или насосов предварительного разрежения.

Конструкции и характеристики. Водоструйные насосы предназначаются для откачки воздуха и других газов от атмосферного давления до 100 Па. Работа насоса основана на использовании откачивающего действия струи воды, которая под давлением 2,5 × 105 Па истекает из сопла. Откачиваемый газ в сфере действия струи перемешивается с нею, и смесь воды с газом попадает затем в цилиндрическую камеру, за которой установлен расширяющийся диффузор. В диффузоре статическое давление смеси воды и газа за счет уменьшения скорости повышается до атмосферного давления. Смесь воды с газом стекает в бачок, откуда сливается в дренажную линию, присоединенную к патрубку. Для выхода газа из бачка во фланце предусмотрено отверстие. Насос присоединяется к вакуумной системе через кран.

Резервуар предназначен для приема воды, засасываемой через диффузор из бачка в случае аварийного прекращения ее подачи. Через кран подается воздух в резервуар при остановке насоса, что также предотвращает всасывание воды.

Производительность насоса возрастает с повышением давления воды. Предельное остаточное давление насоса практически равно упругости пара воды и увеличивается с повышением ее температуры.

Водоструйные насосы часто применяются в системах безмасляной откачки, например в системе предварительного разрежения высоковакуумного парортутного насоса, для сорбционного насоса, а также в качестве последней ступени пароэжекторного насоса.

Пароэжекторные насосы предназначаются для безмасляной откачки больших сосудов до давлений 1—10-1 Па. Принципиальная схема четырехступенчатого пароэжекторного насоса состоит из трех пароструйных ступеней и водоструйной ступени, работающей с выхлопом в атмосферу. Как правило, в высокопроизводительных многоступенчатых эжекторных насосах за каждой пароструйной ступенью устанавливаются конденсаторы, в которых пар конденсируется, а газ откачивается последующей ступенью. В малых насосах ввиду небольшого расхода пара по сравнению с высокопроизводительными насосами в пароструйных ступенях насоса можно обойтись без промежуточных конденсаторов, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты насоса, хотя это влечет за собой несколько повышенный расход пара.

В некоторых насосах отсутствуют промежуточные конденсаторы. Пар под давлением 4 × 105 Па подводится к соплам пароструйных ступеней. При этом каждая последующая пароструйная ступень откачивает не только газ, но и весь рабочий пар, поступивший из предыдущей ступени.

Последняя пароструйная ступень откачивается водоструйной ступенью, к которой подается вода также под давлением 4 × 105 Па. Пройдя через сопло водоструйной ступени, вода поступает в расширительный бак, где гасится скорость водяного потока, и сливается в дренажную трубу.

  6. Струйные насосы.

  7. Турбомолекулярные насосы.

  8. Адсорбционные насосы.

  9. Испарительные геттерные насосы. Испарительные геттерные насосы относятся к сорбционным насосам, в которых поглощение газов осуществляется за счет физической адсорбции, хемосорбции, химических реакций и растворения газов в пленке металлического геттера, создаваемой методом термического испарения. В качестве геттера в таких насосах может быть использован любой активный металл, применяемый для распыляемых геттеров в электровакуумных приборах; однако из условий эксплуатационного удобства в промышленных насосах применяется пока только титан. Титан образует прочные нелетучие соединения или твердые растворы почти со всеми газами, имеющимися в вакуумных системах, за исключением инертных газов и углеводородов.

Отличие в механизме поглощения различных газов приводит к тому, что быстрота действия испарительных геттерных насосов по разным газам неодинакова. Равновесное давление газа над пленкой геттера зависит от ее температуры, свойств образующихся соединений, от степени насыщения пленки газом и т. п.

В насосах постоянно обновляемая пленка геттера непрерывно поддерживается в активном состоянии, поэтому предельное остаточное давление насоса определяется газовыделением из распыленного геттера и элементов конструкции насоса. Отметим, что на поверхности титановой пленки при комнатной температуре происходит реакция синтеза метана, образующегося из всегда присутствующих в системе углерода и водорода. При охлаждении титановой пленки до температуры кипения жидкого азота скорость реакции синтеза метана резко уменьшается, а быстрота действия насоса по активным газам (N2, О2, СО и Н2) возрастает из-за увеличения их коэффициента прилипания.

Коэффициент прилипания для чистых пленок титана, не сорбировавших газы, при комнатной температуре составляют 0,4—0,5 для N2; 0,6—0,7 для О2 и СО и примерно 0,05 для Н2; при охлаждении пленки жидким азотом коэффициент прилипания увеличивается до 0,9—1 для N2, О2, СО и до 0,4—0,5 для Н2.

Конструкции и характеристики. Сверхвысоковакуумный агрегат состоит из испарительного геттерного насоса, азотной ловушки и паромасляного диффузионного насоса. В испарительном геттерном насосе титан конденсируется на внутренней стенке цилиндрического экрана, охлаждаемой жидким азотом, подаваемым из сосуда Дьюара. Испаритель титана содержит запас титановой проволоки и механизм для ее периодической подачи в водоохлаждаемый медный тигель – анод. Испарение титана происходит путем разогрева титановой проволоки электронной бомбардировкой с помощью имеющейся в испарителе электронной пушки. Такой способ нагрева обеспечивает значительную скорость испарения титана при минимальном тепловом излучении, что определяет сравнительно небольшой расход азота (приблизительно 5 л/ч). Небольшой экран, установленный вблизи испарителя, практически исключает попадание титана в откачиваемый сосуд. Предельное остаточное давление агрегата составляет 10-10 Па, быстрота действия по водороду в диапазоне давлений 10-4—10-8 Па в 2,8 раза больше, чем по азоту. Такая разница в быстроте действия по этим гаммам объясняется, главным образом, более высокой проходимостью входного патрубка насоса по водороду.

В некоторых вакуумных установках (для исследования термоядерных реакций, имитации космических условий и т. п.) титан конденсируется на охлаждаемые жидким азотом экраны, установленные непосредственно внутри сосуда, причем рабочая зона сосуда экранирована от попадания паров титана. Такое устройство получило название азотит. При этом достигаются высокая быстрота действия (до сотен тысяч л/с) и предельное остаточное давление до 1010—10-11 Па.

  10. Электродуговые геттерные насосы. Испарение геттера в электродуговых геттерных насосах происходит с поверхности титанового катода за счет высокой концентрации энергии в катодном пятне электрической дуги постоянного тока. Плотность тока в катодном пятне достигает 1010—1111 А/м2. Катодное пятно хаотически перемещается по поверхности титана, благодаря чему обеспечивается равномерное испарение материала катода. Благодаря тому, что дуга горит в парах испаряющегося металла, создаются условия для ее стабильного горения при сколь угодно низком давлении остаточных газов.

Конструкции и характеристики. В корпусе, являющемся анодом системы, помещен катод с поджигающим устройством, собранный на общем фланце. Катод представляет собой титановый диск, который крепится титановыми шпильками к медному основанию, охлаждаемому водой. Боковые поверхности основания, титанового диска и электрического ввода закрыты металлическим экраном, предотвращающим возникновение дуги между поверхностями этих деталей и корпусом насоса – анода. В экране предусмотрен вырез для подвода поджигающего электрода. Поджигающий электрод через балластное сопротивление, ограничивающее ток короткого замыкания, соединен с корпусом насоса.

Питание дуги осуществляется от источника постоянного тока. Возбуждение дуги производится кратковременным закорачиванием катода с поджигающим электродом. Для этого подают напряжение на электромагнит, который подводит электрод к катоду. В момент отвода электрода возвратной пружиной между катодом и анодом – корпусом насоса возникает устойчивая электрическая дуга. Напряжение поджига дуги лежит в пределах 25—35 В, а ток стабильного горения дуги составляет примерно 140 А при напряжении 20—21 В. Скорость испарения титана при этом достигает 15—17 г/ч. Для уменьшения скорости испарения титана с целью более рационального его расходования применяют периодический режим работы насоса. Причем чем ниже давление в откачиваемом сосуде, тем больше делают паузу между моментами включения насоса. При испарении титана на стенках насоса непрерывно образуется свежая активная пленка, на поверхности которой и происходит поглощение активных газов. Для откачки инертных газов к нижнему фланцу насоса через водоохлаждаемую ловушку присоединяется дополнительный паромасляный диффузионный насос, быстрота действия которого должна составлять 2—5% быстроты действия электродугового геттерного насоса.

Верхним фланцем, в сечении которого установлен отражательный экран, насос подсоединяется к откачиваемому сосуду. Экран предусмотрен для предотвращения попадания испаряющегося титана во внутреннюю полость откачиваемого сосуда. Быстрота действия геттерных электродуговых насосов может достигать 104—105 л/с. Предельное остаточное давление насоса составляет 10-5 Па при откачке инертных газов дополнительным насосом и 10-4 Па без такой откачки дополнительным насосом.

Электродуговые геттерные насосы используют простые источники питания, снабжены большим количеством геттерного материала и просты по устройству.

  11. Ионно-геттерные насосы. Геттерные насосы малоэффективны при откачке инертных газов и для получения низких предельных остаточных давлений (менее 10-4 Па) требуют применения дополнительных насосов. В то же время при возбуждении и ионизации откачиваемых газов электронным потоком или в электрическом разряде поглощение титановой пленкой идет более интенсивно, причем благодаря ионизации откачиваются и инертные газы. В современных ионно-геттерных насосах обычно совмещены геттерные и ионные методы откачки. Принцип действия ионно-геттерных насосов основан на поглощении газов периодически или непрерывно наносимой пленкой титана и улучшении откачки инертных газов и углеводородов путем ионизации и улавливания положительных ионов. Испарение титана в ионно-геттерных насосах происходит, как правило, из твердой фазы.

Конструкции и характеристики. Принципиальная схема ионно-геттерного насоса выглядит следующим образом: испарение титана на стенки водоохлаждаемого корпуса насоса производится из твердой фазы с прямонакальных испарителей, представляющих собой молибденовый U-образный стержень (керн), на который нанесен слой титана. Ионизация, необходимая для откачки инертных газов и углеводородов, осуществляется электронами, эмиттируемыми термокатодом. Эффективность ионизации повышена за счет увеличения длины пробега электронов. Это достигается применением «прозрачного» для электронов анода, на который подается положительное относительно катода напряжение 1000—1200 В. Анод, выполненный из молибденовой проволоки, используется также и в качестве внутреннего нагревателя для обезгазивания насоса при подготовке его к работе. Коллектором ионов является корпус насоса с напыленной титановой пленкой, в которую и внедряются образовавшиеся ионы. Таким образом, так же как и в геттерных насосах, химически активные газы поглощаются пленкой титана, непрерывно наносимой на внутреннюю поверхность корпуса насоса, а откачка инертных газов осуществляется путем ионизации и последующего внедрения ионов в пленку геттера.

В составе остаточных газов ионно– геттерных насосов, помимо обычно присутствующих в вакуумных системах водорода (массовые числа 2 и 1), паров воды (массовые числа 18 и 17), а также азота и окиси углерода (массовое число 28), наблюдаются аргон (массовое число 40) и метан (массовые числа 16 и 15).

Быстрота действия насоса зависит от впускного давления для воздуха; увеличение быстроты действия при откачке ионно-геттерного насоса достигается с помощью дополнительного диффузионного насоса. Уменьшение быстроты действия при давлениях выше 10-4 Па объясняется большей степенью насыщения пленки титана при высоких давлениях (при постоянной скорости его испарения), вследствие чего уменьшается коэффициент прилипания газа.

Предельное остаточное давление геттерно-ионных насосов составляет около 10-7 Па, а давление запуска около 10-1 Па, так как при более высоком давлении возникает опасность перегорания вольфрамового катода.

Дальнейшим развитием ионно-геттерных насосов с испарением титана явились орбитронные ионно-геттерные насосы, в которых удачно сочетается простота конструкций с высокой стабильностью работы. В корпусе помещен центральный электрод (анод) с титановым цилиндром. Верхняя часть электрода защищена трубкой. На пластине укреплен керамический стержень, на котором крепится катод, изготовленный из вольфрамовой проволоки. Токовводом и экраном катода служит проволочка из тантала. Корпус насоса заземлен, а на центральный электрод подается положительное напряжение 4—5 кВ. Пластина и трубка имеют одинаковый с катодом потенциал.

Расположение и конфигурация катода и танталового токоввода выполнены таким образом, что осевая и радиальная симметрия электрического поля нарушены. Кроме того, к катоду приложено положительное напряжение смещения (от 50 до 250 В) относительно корпуса насоса. В результате электроны, эмиссируемые катодом, движутся со скоростью, имеющей осевую, радиальную и тангенциальную составляющие. Ввиду того что электрическое поле несимметрично и векторы скоростей электронов направлены под углом к силовым линиям электрического поля, направление движения электронов будет непрерывно меняться и их попадание на центральный электрод, имеющий малое поперечное сечение, затруднено. Попадание электронов на корпус также исключено благодаря положительному смещению на катоде. В результате электроны движутся по орбитам достаточно долго, проходят большое расстояние, и интенсивность ионизации газа резко увеличивается. Часть электронов, траектории которых проходят вблизи центрального электрода, попадает на титановый цилиндр и разогревает его до температуры 1430 К. При этом происходит испарение титана из твердой фазы и его конденсация на внутренней поверхности корпуса насоса. Так же, как и в предыдущей конструкции ионно-геттерного насоса, откачка активных газов орбитронным ионно-геттерным насосом идет путем поглощения их пленкой титана, непрерывно наносимой на внутреннюю поверхность корпуса насоса. В отличие от описанного выше ионно-геттерного насоса в орбитронном ионно-геттерном насосе благодаря увеличению длины свободного пути электронов (до нескольких метров) быстрота откачки инертных газов значительно увеличена.

Следует отметить, что примененный в этом насосе испаритель при достаточно большом запасе испаряемого вещества имеет небольшую тепловыделяющую поверхность, что позволяет размещать внутри насоса дополнительный охлаждаемый жидким азотом экран, на который наносится пленка титана, при этом резко уменьшается предельное остаточное давление насоса (менее 10-11 Па).

Большим достоинством геттерно-ионных насосов, как и других сорбционных насосов, является отсутствие рабочей жидкости, что позволяет получать с их помощью вакуум, практически свободный от углеводородных загрязнений (безмасляный вакуум). Эти насосы не требуют охлаждаемых ловушек на входе и часто присоединяются к откачиваемому сосуду без промежуточного крана, благодаря чему эффективно используется быстрота действия насоса. Как все сорбционные насосы, геттерно-ионные насосы не боятся аварийного отключения энергии, так как при этом наблюдается довольно медленный рост давления в откачиваемом сосуде, они бесшумны в работе, не создают вибраций, не требуют непрерывной работы насосов предварительного разрежения. Насосы с термическим испарением титана очень быстро запускаются в работу.

Основные недостатки ионно-гетерных насосов с термическим испарением титана состоят в отсутствии саморегулирования скорости испарения активного вещества, наличии накаленных элементов в электродной системе и в некоторой сложности источников электропитания.

Практические указания по эксплуатации. При использовании геттерных насосов желательно обеспечивать безмасляную предварительную откачку сосуда до давления менее 10-1 Па с помощью адсорбционных насосов или паромасляных диффузионных насосов с эффективными ловушками. Не следует допускать чрезмерно длительной откачки сосуда механическим насосом с масляным уплотнением из-за возможного загрязнения сосуда углеводородами. Эксплуатация насосов связана с необходимостью периодической чистки внутренних поверхностей насоса от нанесенной пленки титана. При механической чистке насосов от слоев нанесенного титана следует использовать респиратор или плотную марлевую повязку для защиты от вдыхания титановой пыли и рукавицы для защиты рук от небольших вспышек на титановой пленке, которые могут возникнуть при использовании металлической щетки.

  12. Магнитные электроразрядные насосы.

  13. Конденсационные насосы. При температурах, близких к температуре жидкого водорода или гелия, большинство веществ имеет весьма низкую упругость паров. Так, при температуре, близкой к точке кипения водорода, давление насыщенных паров О2 составляет 10-11 Па, N2 и СО – 10-9 Па, а Аг – 10-15 Па. При температуре, близкой к точке кипения гелия, упругость насыщенного пара Н2 составляет 10-4 Па, a Ne – 10-17 Па. Поверхность, заключенная в герметичный сосуд и охлажденная до температур, близких к точке кипения водорода, будет конденсировать молекулы всех газов, за исключением Не, Н2 и Ne. При охлаждении поверхности до температуры, близкой к точке кипения гелия, на ней будут конденсироваться молекулы всех газов, кроме гелия.

Конструкции и характеристики. По принципу конденсации газов поверхностью, охлажденной до точки кипения водорода (20,4 К), выполнен водородный конденсационный насос.

Основным элементом насоса является медный сосуд, заполняемый жидким водородом. Для уменьшения теплопритока от окружающих стенок сосуд окружен цилиндрическим медным экраном, охлаждаемым жидким азотом. Задний экран с впаянной азотной ловушкой также охлаждается жидким азотом.

Для откачки не конденсирующихся при температуре жидкого водорода газов (водород, гелий, неон) и создания предварительного разрежения насос снабжен паромасляным диффузионным насосом. Для предотвращения попадания паров масла и продуктов его разложения из насоса предусмотрены военная ловушка и жалюзийная азотная ловушка. Жидкий азот для охлаждения экранов и ловушки подается из сосудов Дьюара.

Питание насоса жидким водородом осуществляется от автономного разжижителя. В последнее время все большее распространение получают конденсационные насосы, в которых для охлаждения поверхностей используют газовые холодильные машины – криогенераторы: существует конденсационный насос с криогенератором, работающим по так называемому обращенному циклу Стирлинга. В корпусе насоса размещена криопанель, изготовленная из медной пластины, являющаяся откачивающим элементом насоса. Криопанель имеет хороший тепловой контакт со второй ступенью машины. Для снижения теплопритока к криопанели со стороны теплых стенок насоса и откачиваемого сосуда предусмотрен жалюзийный экран, который имеет хороший тепловой контакт с первой ступенью машины. Температура экрана поддерживается на уровне 90—100 К. В картере размещены компрессорный поршень и шатуны привода, закрепленные на эксцентриковых втулках и вала встроенного электродвигателя. Картер криогенератора через кран заполняется газообразным гелием под давлением (16—20) × 105 Па.

Криогенератор работает следующим образом. Газ, сжатый компрессорным поршнем до давления (35—40) × 105Па, поступает в водяной холодильник, где отводится теплота сжатия. Затем газ по каналу проходит через сетчатый регенератор, расположенный в вытеснителе. Часть газа поступает в полость расширения первой ступени, а другая часть, пройдя регенератор, поступает в полость расширения второй ступени. При движении вытеснителя вниз происходят расширение газа в обеих ступенях и его охлаждение. В описываемой конструкции хладопроизводительность первой ступени составляет примерно 10 Вт при 100 К, а второй ступени – примерно 4 Вт при 25 К.

Одним из главных недостатков конденсационных насосов, использующих встроенные криогенераторы, является пока еще малая длительность непрерывной работы, составляющая всего 500—1000 ч. Удельная быстрота откачки и предельное остаточное давление конденсационных насосов могут быть рассчитаны на основе баланса потоков газа, конденсирующегося на холодной поверхности и испаряющегося с нее. Быстрота действия современных конденсационных насосов достигает 105 л/с и более, а предельное остаточное давление составляет менее 10-7 Па.

Водяное колесо

Водяное колесо – наиболее простой гидравлический двигатель, включает колесо, снабженное лопастями, которое вращается потоком воды.

Винтовой (или забойный) двигатель

Винтовой (или забойный) двигатель представлен гидравлическим забойным двигателем объемного типа, в котором многозаходный рабочий орган выполнен по принципу героторных планетарных механизмов, которые приводятся в действие при помощи энергии промывочных жидкостей.

Винтовой насос

Винтовой насос – вид роторного насоса, в котором рабочие органы представлены сцепленными одним ведущим и чаще всего двумя ведомыми винтами. Во время вращения винтов жидкость, которая отсекается внутри впадин в винтовой нарезке, передвигается вдоль винтов и происходит ее выталкивание в напорный патрубок. При этом величина подачи составляет до 0,25 м3/с, величина давления – до 35 МПа, а КПД – 95%. Сам роторный насос представлен объемным насосом с вращательными или же вращательными и возвратно-поступательными движениями, осуществляемыми связанными с ротором рабочими органами. При этом среди роторных насосов выделяют зубчатый, винтовой, шиберный, аксиально-поршневой, радиально-поршневой и другие виды. Характерной особенностью роторных насосов являются малые подачи при сопутствующем высоком давлении.

Водяная (гидравлическая) турбина

Водяная (гидравлическая) турбина – гидравлический двигатель лопастного типа, который осуществляет преобразование механической энергии потока воды в другой вид энергии – энергию вращающегося вала. Применяется водяная турбина чаще всего на гидроэлектростанциях с целью привода электрических генераторов. При этом диаметр рабочих колес может достигать 10 м, мощность установки составляет около 600 МВт, а расчетный напор достигает величины 1700 м.

Водяной затвор

Водяной затвор – гидравлическое устройство, которое препятствует обратному току газа в трубопроводе. Водяной затвор нашел применение в санитарной технике – он предотвращает попадание канализационного газа в жилые или иные помещения, прежде всего через различные санитарные приборы, например, унитаз или раковину. Применяют его и в газосварочных установках, где водяной затвор препятствует тому, чтобы взрывная волна из сварочной горелки проникла в ацетиленовый генератор (т. е. предупреждает «обратный удар»). Водяной затвор в качестве предохранительного устройства применяется зачастую в паросиловом хозяйстве, а также в газохранилищах. При этом газ, например ацетилен, после поступления в водяной затвор по трубе, которая заполнена водой до высоты контрольного краника, проходит через слой воды и направляется к горелкам через кран. В случае взрыва газовой смеси внутри горелки газ проникает в водяной затвор через кран, а затем оттесняет воду в трубу, что приводит к образованию водяной пробки. Происходит понижение уровня воды в водяном затворе, и обнажается нижний конец трубы, через которую газ и выходит в атмосферу, при этом он увлекает за собой воду в водяной затвор, которая отбрасывается щитком. Идея установки состоит в том, что водяная пробка в трубе препятствует проникновению взрывной волны внутрь сварочного генератора.

Геттерный насос

Геттерный насос – разновидность вакуумного насоса, принцип действия которого заключается в явлении хемосорбции (т. е. явлении адсорбции откачиваемого газа на поверхности различных химических газопоглощающих веществ). При этом откачиваемый газ сорбируется геттером – это может быть титан или барий. Существует несколько видов геттерных насосов: испарительный геттерный насос, ионно-геттерный насос, магнитный электроразрядный геттерный насос и другие. Геттер (от англ. getter) представляет собой вещество, которое поглощает любые газы, кроме инертных, за счет связывания их при хемосорбции. Применяется геттер с целью улучшения вакуума в электровакуумных установках, а также в вакуумных насосах.

Гидравлическая турбина

Гидравлическая турбина (или гидротурбина, водяная турбина) – это такая турбина, в которой происходит преобразование механической энергии потока воды в иную энергию – энергию вращения вала – с помощью лопастного гидравлического двигателя. Используется гидравлическая турбина в основном на гидроэлектростанциях с целью привода электрических генераторов, при этом величина диаметра рабочего колеса может достигать десяти метров, а мощность установки составляет 600 МВт и даже больше, при том, что расчетный напор достигает величины 1700 м.

Гидравлический таран

Гидравлический таран – давление в этом водоподъемном устройстве нагнетается после гидравлического удара. Уровень подъема воды иногда достигает пятидесяти метров. Гидравлические тараны нашли применение в сельскохозяйственных работах, в строительстве и других сферах народного хозяйства.

Гидрант пожарный

Гидрант пожарный – так называются стационарные устройства, предназначенные для отбора воды из наружной водопроводной сети при потребности в ней в случае пожара. Среди пожарных гидрантов выделяют подземные и наземные: размещение подземных гидрантов осуществляется в колодцах, закрытых крышкой, а с целью отбора жидкости на подобный гидрант навинчивают пожарную колонку, которая имеет два выходных патрубка – с целью присоединения рукавов. Примером наземных пожарных гидрантов служит гидрант-колонка, которая служит отбору воды как для хозяйственных, так и для пожарных нужд. Такой вид пожарных гидрантов как бы совмещает в себе водоразборную колонку и наземный пожарный гидрант.

Гидроагрегат

Гидроагрегат (происходит от слов «гидро» и «агрегат») представляет собой агрегат, который состоит из гидротурбины и гидрогенератора, может быть горизонтальным осевым и вертикальным. При этом среди горизонтальных осевых гидроагрегатов выделяют прямоточные и погруженные гидроагрегаты. К погруженным гидроагрегатам относят капсульные и шахтные гидроагрегаты, у которых расположение генератора может быть верховым и низовым.

Гидрогенератор

Гидрогенератор – термин составлен из слов «гидро» и «генератор», его используют для обозначения генераторов электрического тока, приводимых во вращение при помощи гидротурбины. Традиционно гидрогенераторами являются явнополюсные синхронные генераторы, ротор которых соединяется с валом рабочего колеса в гидротурбине. Сам по себе синхронный генератор является синхронной машиной, работающей в режиме генератора. Наиболее распространены синхронные генераторы, у которых ротор приводит во вращение паровая (газовая) либо водяная турбина – это турбогенератор или гидрогенератор.

Конструкцию гидрогенератора определяют как положение оси его ротора, так и частота вращения и мощность турбины. Изготовление мощных тихоходных гидрогенераторов происходит обыкновенно с вертикальным направлением оси вращения – кроме капсульных вариантов, а для быстроходных гидроагрегатов с ковшовой гидротурбиной применяется горизонтальное направление оси вращения. Есть также варианты опытно-промышленных образцов гидрогенераторов оригинальной конструкции – они могут обладать фазным ротором, могут быть контрроторными, проточными и т. д.

В нашей стране в связи с топологическими и геологическими особенностями рек большую часть быстроходных генераторов устанавливают с вертикальным направлением оси вращения. Мощность гидрогенераторов может быть различной. Если она составляет до 50 МВт, то гидрогенератор будет считаться маломощным. Гидрогенераторами средней мощности считаются образцы с мощностью от 50 до 150 МВт, если мощность гидрогенератора составляет более 150 МВт, то генератор относится к категории экземпляров большой мощности. Частота вращения установок также может быть различной: для тихоходных гидрогенераторов она составляет до 100 об/мин, для быстроходных – более 100 об/мин. Что же касается диапазона генерируемого напряжения, то он может составлять от 8,8 до 18 кВ, коэффициент мощности при этом составляет от 0,8 до 0,95 единиц. КПД у быстроходных гидрогенераторов составляет 97,5—98,8%, а у тихоходных гидрогенераторов – 96,3—97,6%.

В нашей стране первые гидрогенераторы были созданы в советскую эпоху. Их мощность составляла около 7,25 МВт. Они были сооружены в 1925 г. на станках завода «Электросила» в Ленинграде и использовались на Волховской гидроэлектростанции.

Однако уже в начале 30-х гг. ХХ в. на Днепровской гидроэлектростанции стали использоваться гидрогенераторы, мощность которых составляла до 65 МВт, а к 1940 г. были созданы самые крупные по тем временам – по моменту вращения и габаритам, так же как и по массе, – гидрогенераторы, установленные на Угличской и Рыбинской гидроэлектростанциях.

Позже были сконструированы новые варианты гидрогенераторов – уже для других гидроэлектростанций, Братской и Красноярской – соответственно в 1960 и в 1964 гг., их мощность составила 225 и 508 МВт соответственно.

На Череповецкой гидроэлектростанции были установлены капсульные гидрогенераторы с мощностью около 20 МВт и водяным охлаждением.

Для Киевской гидроаккумулирующей электростанции были созданы обратимые гидроагрегаты. Затем – уже в 1966 г. – был создан опытный высоковольтный гидрогенератор (мощность этого экономичного гидрогенератора составила 110 кВт).

Для установки на Саяно-Шушенской гидроэлектростанции был спроектирован гидрогенератор с мощностью 650 МВт. В процессе конструирования и монтажа гидрогенераторов особое внимание стоит обращать на крепление вращающихся частей в гидроагрегате и на охлаждение обмоток ротора, а также статора. Существует деление гидрогенераторов в зависимости от расположения и конструкции опорных подшипников (или, иначе, подпятников), по которому выделяют подвесные и зонтичные модели.

При создании подвесного гидрогенератора расположение опорного подшипника, который воспринимает все вращающиеся части гидроагрегата, как и осевое давление жидкости на рабочее колесо в турбине, производят выше, чем ротор генератора, а именно на верхней крестовине у агрегата. Наоборот, конструкция зонтичного гидрогенератора предполагает расположение подпятника под ротором генератора – именно на нижней крестовине либо на крышке турбины, при этом вал генератора может вращаться в двух либо трех направляющих подшипниках. Для того чтобы уменьшить габариты мощных тихоходных гидрогенераторов, которые обыкновенно довольно крупные, и снизить их вес, наиболее рациональным решением является именно зонтичный вариант исполнения. Для быстроходного гидрогенератора меньшего размера более предпочтительным будет подвесной тип конструкции, который в сравнении с зонтичным характеризуется высокой устойчивостью к механическим колебаниям в роторе, а также обладает меньшим диаметром опорного подшипника и намного проще в исполнении.

Крупные генераторы, например с мощностью до 300 МВт, требуют охлаждения. Чтобы его добиться, чаще всего применяют замкнутую систему вентиляции, т. е. система вентиляции косвенная, или поверхностная, когда обдувание воздухом обмотки происходит с поверхностной стороны, и форсированная, когда воздух попадает в проводник с током или же непосредственно между проводниками. При этом более эффективным будет охлаждение обмоток статора с помощью дистиллированной воды с одновременным усиленным воздушным охлаждением обмотки ротора. С помощью использования усиленного охлаждения можно добиться повышения коэффициента использования гидрогенератора, снизить расход изоляции, а также ценных металлов – меди и активной стали.

Возбуждают гидрогенератор чаще всего от вспомогательных генераторов постоянного тока, которые устанавливают на валу. В крупных гидрогенераторах используют и дополнительный подвозбудитель – с целью возбуждения вспомогательных генераторов. В ряде случаев для этих целей используют синхронный генератор, снабженный выпрямителями – он в то же время может служить и вспомогательным генератором.

Гидродвигатель

Гидродвигатель – то же самое, что и гидравлический двигатель.

Гидростат

Гидростат – (происходит от слова «гидро» и греческого слова statos, которое переводится как «стоящий» или «неподвижный») реле влажности – т. е. регулирующее устройство, которое срабатывает в процессе изменения влажности воздуха и применяется в различных вентиляционных системах, а также в системах кондиционирования.

Своеобразная камера, внутри которой при определенной неменяющейся температуре создается стопроцентная влажность, т. е. точка росы. Чаще всего такие гидростаты применяются для испытания материалов.

Подводный аппарат, который опускается при помощи троса с судна-базы и используется для выполнения различных подводных исследований, а также подводных работ. Гидростаты представляют собой камеры, сделанные из прочного материала (это могут быть сплавы алюминия и магния, стеклопластик и многие другие), в форме шара или цилиндра, в них располагаются на время работ операторы – один или два-три человека.

Первый цилиндрический гидростат был сооружен Гартманом (американский ученый) в начале XX в. – в 1911 г. Современные гидростаты представляют собой плавучие лаборатории, снабженные разнообразными электрическими и гидравлическими приборами, оборудованные фотокамерами и телевизионными, видеоустановками, различными камерами, прожекторами или манипуляторами, которые могут производить разные операции снаружи гидростата. У современных гидростатов есть устройства, которые позволяют им без посторонней помощи всплывать при обрыве троса. Электроэнергия и связь подаются по кабелю. Часто на гидростатах есть гребные винты, которые дают возможность ограниченно перемещаться под водой.

Максимальная глубина погружений у современных гидростатов составляет 300 м. Сейчас гидростаты часто стали заменять различными автономными глубоководными аппаратами, а также снарядами.

В нашей стране работа по разработке проектов и по сооружению гидростатов началась в начале 20-х гг. ХХ в., когда организовали ЭПРОН, т. е. Экспедицию подводных работ особого назначения – это произошло в марте 1923 г. Организацию ЭПРОН связывают с легендой о золотом кладе. В истории ЭПРОН была своя Троя, а также свой Шлиман, в роли которого выступил инженер В. С. Языков. Этот человек к тому времени уже давно пытался добиться разрешения организовать работы, с целью поднять английский пароход «Черный принц». Изначально этот корабль назывался «Prince», но позднее к нему «приставили» определение «черный», вероятно, это придавало еще большую трагичность и загадочность данной истории – с таким именем корабль и вошел в историю благодаря журналистам. «Принц» затонул во времена Крымской войны под Балаклавой в результате урагана, который разбил и другие восемь кораблей в составе соединенной эскадры, которая погибла при столкновении с балаклавскими скалами. Начиная с 70-х гг. XIX в. погибший корабль пытались найти и немцы, и французы, и норвежцы, которые были уверены в том, что корабль вез целых 500 000 золотых соверенов! Наш отечественный энтузиаст – В. С. Языков приехал в Москву с, казалось бы, «золотой идеей» и обратился с ней к зам. председателя Реввоенсовета республики Э. М. Склянскому, где он встретил очередной отказ. Затем он отправился в ОГПУ, там его идея показалась любопытной, ведь предполагали, что на борту «Черного принца» было 400 000 фунтов стерлингов чистым золотом. Уже в конце зимы 1923 г. В. С. Языков сумел попасть на прием к Ягоде и заинтересовал его своим предложением. Позже события начали разворачиваться с невероятной даже для той эпохи скоростью. Впоследствии в инициативную группу были включены В. С. Языков, Д. А. Карпович, а также инженер-механик Евгений Григорьевич Даниленко, который спроектировал глубоководный снаряд, эти люди были зачислены на довольствие и поступили в распоряжение ОГПУ. Позже Ягодой был отдан приказ о формировании ЭПРОН, был утвержден ее первый штат и начальник – В. С. Языков. Следовательно, с момента создания ЭПРОН обладал комиссаром в лице «руководителя» от ОГПУ Мейера и «начальником» Языковым, задача их заключалась в организации «наилучших условий для работ «экспедиции за золотом». Захарову-Мейеру и В. С. Языкову было отдано распоряжение – до лета 1923 г. обеспечить сооружение аппарата, который способен спускаться на значительную глубину, т. е. речь шла о гидростате. Поражает оперативность в принятии и исполнении решения по ЭПРОН. Например, уже 4 апреля 1923 г. был готов проект Даниленко и эскиз глубоководного снаряда направили для консультирования в научно-технический отдел ВСНХ. Через десять дней научно-технический отдел дал свое заключение о возможности осуществления спусков, подтвердил и возможность работы в данном аппарате на глубине до шестидесяти-восьмидесяти саженей. Еще через какое-то время рабочие чертежи сдали на завод «Парострой» в Москве. Старания известного инженера В. Г. Шухова способствовали тому, что весь корпус снаряда, выполненный из стали, весивший более 10 т, был изготовлен всего за три месяца. Работы шли под чутким контролем самих И. С. Уншлихта и Г. Г. Ягоды. Планировали уже в начале июля отправить стальной корпус аппарата в Севастополь с целью окончательной сборки. В середине июля корпус все-таки отправляют в Крым, а через несколько дней Мейер осуществляет выезд в Севастополь. На протяжении всех летних месяцев в Севастополе, как и в самой Балаклаве, велись подготовительные работы. Все работы с целью подъема затонувших кораблей велись первоначально двумя чекистами, несколькими опытными водолазами, врачом, корабельным инженером и бухгалтером. Ч. А. Шпакович был начальником плавучей базы, К. А. Павловский работал доктором, А. Н. Григорьев служил главным штурманом и был помощником начальника базы, а К. И. Масалыгин был механиком глубоководного аппарата, А. З. Каплановский выполнял функции начальника технической части. В состав команды входили И. Д. Прокопенко, Ф. Ф. Ивасенко и другие. Максимальная глубина погружения гидростата Даниленко, который был построен по заказу ЭПРОН, составляла сто пятьдесят метров. Оборудование гидростата включало манипулятор, прожектор, телефон и систему подъема при внезапном обрыве троса, а также систему подачи воздуха для экипажа из двух-трех человек – с помощью гибкого резинового шланга. Тайну золотого груза на борту «Черного принца» так и не удалось тогда разгадать.

Однако погружения в Балаклавской бухте прошли не зря, ведь для экспедиций по подводным работам был добыт богатейший опыт в области подводных изысканий, который позволил ей затем обнаружить и поднять более сотни затонувших судов. С помощью гидростата Даниленко были проведены многие подводные работы на глубине до 150 м. На Белом море, именно благодаря ему, была найдена канонерская лодка с романтическим именем «Русалка», которая затонула в 1893 г. в водах Финского залива.

Гидроэлеватор

Гидроэлеватор (происходит от слов «гидро» и «элеватор») – этим термином обозначают насосы струйного типа, которые предназначены для подъема и перемещения жидкости или гидросмеси по трубопроводам. Принцип действия гидроэлеваторов заключается в использовании энергии струи воды, которая подводится к самой насадке под соответствующим напором. При этом струя воды проходит с высокой скоростью сквозь проточную часть гидроэлеватора и, соответственно, создает при ее вылете из насадки необходимый перепад уровня давления, что приводит к поступлению в смесительную камеру гидроэлеватора материала, который и нужно транспортировать. А уже из самой смесительной камеры образующаяся гидросмесь увлекается в диффузор с помощью струи рабочей жидкости. Внутри диффузора происходит снижение скорости движения гидросмеси, однако при этом наблюдается и повышение ее давления вследствие того, что часть кинетической энергии струи жидкости переходит в другой вид энергии – потенциальную – т. е. энергию потока, что, в свою очередь, обеспечивает передвижение гидросмеси или другой жидкости по трубопроводу. Преимуществом гидроэлеватора является то, что у него нет движущихся деталей, а конструктивное исполнение довольно простое. Однако КПД не превышает 20—25%. Используются подобные установки при транспортировке материала на небольшие расстояния – до одного километра, а также с целью гидромеханизации горной и строительной работы, при удалении шлаков на различных обогатительных фабриках, также для удаления шлаков и золы в котельных, на электростанциях. Их применение возможно при транспортировке песка или гравия.

Диффузионные насосы

Диффузионные насосы применяют для откачки различных вакуумных систем до остаточных давлений 10-1—10-6 Па и ниже. При таких давлениях длина свободного пути молекул откачиваемого газа практически всегда больше диаметра впускного отверстия насоса, и поэтому в нем всегда возникает молекулярный режим течения газа. Молекулы газа при тепловом движении через впускное отверстие насоса направляются к паровой струе. Механизм увеличения газа в диффузионных насосах обусловлен диффузионными процессами. Вследствие разности концентраций газа над паровой струей и в самой струе (концентрация газа в струе вблизи сопла достаточно мала) происходит диффузия газа в струю. Попав в струю, молекулы газа получают импульсы от молекул пара в направлении парового потока и уносятся вместе со струей к стенке корпуса насоса; пар конденсируется на охлаждаемой стенке, а газ, сжатый в струе до выпускного давления ступени, перетекает вдоль стенки в пространство над следующей ступенью насоса. Наряду с прямой диффузией газа всегда существует и обратная диффузия в струю со стороны форвакуума. Однако в этом случае молекулы газа, движущиеся в обратном направлении, сталкиваются с движущимися им навстречу молекулами пара и оттесняются обратно; лишь небольшая часть молекул может продиффундировать через струю в обратном направлении. Число молекул газа, диффундирующих через струю в обратном направлении при оптимальном режиме работы насоса, несоизмеримо мало по сравнению с числом молекул газа, диффундирующих в струю со стороны впускного отверстия насоса. Однако в некоторых случаях, например при откачке легких газов насосом, режим работы которого выбран оптимальным для откачки воздуха, влияние обратной диффузии может заметно сказываться на характеристиках насоса.

Устройство насосов. Диффузионные насосы подобно бустерным являются многоступенчатыми системами с соплами обращенного зонтичного типа.

В зависимости от рода рабочей жидкости, используемой в насосе, современные диффузионные насосы подразделяют на паромасляные и парортутные. В паромасляных насосах используют различные рабочие жидкости органического происхождения с низким давлением пара при нормальной температуре. Как правило, эти жидкости представляют собой смесь фракций с различным давлением пара и различной молярной массой.

В связи с этим следует отметить, что требования к рабочей жидкости паромасляных насосов, обеспечивающие наиболее благоприятные условия работы отдельных ступеней, различны. Так, для работы первой (входной) ступени, определяющей предельное остаточное давление и быстроту действия насоса, нужна рабочая жидкость с низким давлением пара при нормальной температуре (для получения низкого остаточного давления) и с высоким давлением пара при рабочей температуре в кипятильнике (в связи с необходимостью создания паровой струи малой плотности для обеспечения большой скорости диффузии газа в струю). Для последней (выходной) ступени, определяющей наибольшее выпускное давление насоса, давление пара при нормальной температуре несущественно, давление пара при рабочей температуре кипятильника должно быть, по возможности, большим для получения струи высокой плотности.

С учетом этого в конструкциях современных паромасляных диффузионных насосов предусматривают осуществление фракционирования (разделения на фракции) рабочей жидкости в самом насосе. При этом тяжелые фракции с малым давлением пара направляются к первой ступени, а легкие фракции с большим давлением пара – к последней ступени. Такие насосы называют фракционирующими. Первые две ступени насоса – зонтичного типа, третья ступень эжекторная.

Для фракционирования рабочей жидкости в насосе разделены трубы, подводящие пар к ступеням, и на днище насоса установлен специальный лабиринт, образуемый фракционирующими кольцами. Конденсат масла, стекающий по стенке корпуса насоса в кипятильник, попадает через прорези в нижней части внешней пароподводящей трубы в пространство между внешней и внутренними трубами; проходя по лабиринту во фракционирующем устройстве, рабочая жидкость испаряется, обедняясь по мере движения к внутренней трубе легкими фракциями с высоким давлением пара. Утяжеленная часть рабочей жидкости, состоящая из фракций с низким давлением пара, поступает во внутреннюю трубу и направляется к первой, высоковакуумной ступени, а легкие фракции поступают во вторую и эжекторную ступени. Корпус насоса и маслоотражатель охлаждаются водой. В ряде случаев, например в передвижных установках, насосы с водяным охлаждением применять неудобно, тогда применяют насосы с принудительным воздушным охлаждением. Насос охлаждается вентилятором, установленным на корпусе; для более эффективного охлаждения на корпусе насоса предусмотрены ребра.

Основными конструкционными материалами таких насосов являются алюминий (детали паропровода, сопла) и низкоуглеродистая или коррозионностойкая сталь (корпус). Парортутные насосы характеризуются особыми качествами, что обусловлено свойствами ртути как рабочей жидкости. Во-первых, ртуть является однородной жидкостью, не изменяющей состава в кипятильнике насоса; поэтому в парортутных насосах отсутствуют фракционирующие устройства и все ступени насоса питаются паром одного состава. Во-вторых, ртуть химически активна, что обусловливает выбор конструкционных материалов насоса.

Парортутные насосы обычно изготовляют из стекла или коррозионно-стойкой стали. Один из наиболее распространенных, применяемых главным образом в лабораторных условиях, парортутных насосов – одноступенчатый стеклянный насос. Устройство насоса очень простое. Сопло из соображений простоты – цилиндрическое. Такие насосы с различными размерами и характеристиками обычно изготовляют сами потребители. Конфузор последней инжекторной ступени служит одновременно патрубком, соединяющим насос с выходной дисковой ловушкой. В связи с тем, что давление пара pтути при нормальной температуре велико (0,1 Па), для получения высокого вакуума в откачиваемом сосуде между парортутным насосом и сосудом необходимо устанавливать охлаждаемую до низкой температуры ловушку. При использовании охлаждаемой жидким азотом ловушки парортутный насос позволяет получить в хорошо обезгазенной при 723 К системе предельное остаточное давление 10-10 Па. Токсичность паров (необходимо оборудовать специальные помещения для работы с ртутью и соблюдать меры предосторожности, исключающие повышение концентрации паров ртути в рабочих помещениях). Ртуть, предназначенная для работы в насосах, должна быть хорошо очищена. Для высоковакуумных насосов применяют дистиллированную ртуть марок Р-1 и Р-2. Указанные недостатки ртути, в особенности токсичность паров, существенно ограничивают возможность ее использования в качестве рабочей жидкости в насосах.

Ртутные насосы используют, главным образом, для откачки систем, в которых пары ртути являются рабочей средой (ртутные выпрямители, лампы), и установках, в которых необходима высокая чистота рабочей среды (в масс-спектрометрах, сверхвысоковакуумных системах термоядерных установок и т. д.).

Высоковакуумные масла не имеют перечисленных недостатков. Они химически инертны, неядовиты и имеют низкое давление пара при нормальной температуре, позволяющее получать предельное остаточное давление 10-4—10-5 Па и ниже без применения низкотемпературных ловушек. В высоковакуумных паромасляных насосах применяют в основном четыре типа рабочих жидкостей: минеральные масла, кремнийорганические соединения, сложные эфиры органических спиртов и кислот и синтетические углеводородные жидкости. Минеральные масла получают путем вакуумной дистилляции продуктов переработки нефти. Это неоднородные по составу жидкости, представляющие собой смеси углеводородов различной молекулярной массы с различной температурой кипения, отличающиеся низким давлением пара при нормальной температуре. Насосы, работающие на этих маслах, создают предельное остаточное давление 10-4—10-6. Минеральные масла имеют, как правило, достаточно высокую термостойкость и сравнительно невысокую термоокислительную стойкость, при окислении образуют смолистые налеты на внутренних поверхностях насоса. Несмотря на высокую термическую стабильность минеральных масел, состав остаточных газов в хорошо тренированном насосе в значительной мере определяется продуктами разложения масла в кипятильнике насоса. Несмотря на малую термоокислительную стойкость и образование летучих углеводородов, минеральные масла получили самое широкое распространение благодаря относительно невысокой (по сравнению с другими рабочими жидкостями) стоимости (1,4—4,5 руб./кг).

Отечественная промышленность выпускает высоковакуумные минеральные масла, являющиеся продуктами дистилляции медицинского вазелинового масла. Самое дешевое масло получают путем однократной разгонки, а масло ВМ-5 путем двукратной разгонки вазелинового масла. Масло ИМ-8 обладает более однородным составом и более высокой термической стойкостью, чем масло ВМ-1. Предельное остаточное давление насоса при работе на масле ВМ-5 на порядок ниже, чем при работе на масле ВМ-1, причем достижения остаточного давления в 1,5—2 раза меньше. Следует заметить, что характеристики минеральных масел зависят от сорта нефти, используемой в качестве исходного сырья. Синтетические углеводородные жидкости являются более дорогими по сравнению с минеральными углеводородными жидкостями, но для их производства не требуется дефицитного сырья – нефти; состав и характеристики их точно воспроизводимы.

Отечественной промышленностью освоено производство синтетической углеводородной жидкости на основе алкилнафталинов. Эта жидкость имеет низкое давление пара при нормальной температуре, позволяющее получать предельное остаточное давление диффузионного насоса 10-6—10-7 Па; обладает более высокой термоокислительной стойкостью, чем минеральные масла. Кремнийорганические жидкости – полисилоксановые соединения, молекулы которых состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода с присоединенными углеводородными радикалами по свободным связям кремния. Благодаря сильной связи между кремнием и кислородом кремнийорганические жидкости обладают высокой термической и термоокислительной стойкостью. Некоторые жидкости обладают низким давлением пара при нормальной температуре и позволяют получать предельное остаточное давление диффузионного насоса до 10-4 Па. В диффузионных насосах, предназначенных для получения сверхвысокого вакуума, применяют кремнийорганические жидкости ФМ-1 (пента-фенилтрисилоксан) и ФМ-2 (гексафе-нилтетрасилоксап), обладающие ультранизким давлением пара при нормальной температуре 10-9—10-11 Па и позволяющие создавать предельное остаточное давление диффузионного насоса ниже 10-7 Па без использования ловушек, охлаждаемых жидким азотом. Эфиры, используемые в качестве рабочих жидкостей в отечественных диффузионных насосах, представляют собой полифениловые соединения, отличающиеся исключительно высокой термической стабильностью.

Зависимость быстроты действия от температуры откачиваемого газа. Быстрота действия насоса прямо пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры откачиваемого газа. Изменения температуры откачиваемого газа, наблюдаемые обычно на практике, незначительно влияют на быстроту действия насоса. Так, чтобы быстрота действия увеличилась на 10%, температуру откачиваемого газа следует повысить с 293 до 353 К.

Зависимость быстроты действия от рода рабочей жидкости. Если в диффузионный насос заливать различные рабочие жидкости и подводить одинаковую мощность для подогрева, то быстрота действия насоса будет различной. Зависимость быстроты действия насоса от рода рабочей жидкости можно объяснить тем, что жидкости имеют различные термодинамические и физико-химические характеристики, обусловливающие различные режимы работы кипятильники, истечения пара из сопла и соответственно различные структуры струй, а также различные количественные соотношения при взаимодействии с молекулами пара.

Поскольку число факторов, обусловливающих влияние рабочей жидкости на работу насоса, велико, зависимость быстроты действия от рода рабочей жидкости можно выразить простым соотношением, позволяющим проследить характер изменения быстроты действия от рода рабочей жидкости. Кроме того, для многих рабочих жидкостей (вакуумных масел) неизвестны некоторые важные характеристики, например показатель адиабаты k, обусловливающий зависимость режима истечения пара из сопла от рода рабочей жидкости. В связи с этим теоретическое исследование зависимости быстроты действий от рода рабочей жидкости затруднено.

К выбору рабочей жидкости для насоса подходят обычно с чисто практической точки зрения. Так, если в откачиваемой системе недопустимо присутствие углеводородов, применение органических соединений в качестве рабочей жидкости исключается; в таких случаях обычно применяют ртуть. Если же требуется получить возможно более низкое предельное остаточное давление без применения низкотемпературных ловушек, то в качестве рабочей жидкости используют вакуумное масло с хорошим предельным вакуумом и т. д. Конструирование и отработку насоса ведут обычно для определенной рабочей жидкости, так что характеристики насоса являются оптимальными для этой жидкости.

Для работы на другой рабочей жидкости необходимо подбирать (изменением мощности) новый оптимальный режим работы насоса. Предельное остаточное давление rncoca определяется противодиффузией газа со стороны форвакуума, давлением пара рабочей жидкости при температуре стенок насоса, выносом газов со струей пара из кипятильника, а также газовыделениями стенок насоса.

Противодиффузия газа через струю зависит от давления газа под струей, плотности и скорости паровой струи, молярной массы газа. Некоторые рабочие жидкости, нагреваясь до рабочей температуры, в кипятильнике могут частично разлагаться с выделением газообразных продуктов (так называемый термический крекинг масла), которые выносятся со струей в откачиваемый объем. Естественно, что термическое разложение рабочей жидкости происходит тем интенсивнее, чем выше температура пара в кипятильнике и, соответственно, чем выше подводимая к насосу мощность. Следовательно, кривая зависимости предельного остаточного давления от мощности подогрева должна иметь минимум. С увеличением мощности подогрева предельное остаточное давление сначала уменьшается вследствие уменьшения противодиффузии, а затем, достигнув минимального значения при некоторой мощности подогрева, начинает возрастать вследствие выделения газообразных продуктов термического разложения масла. Выделение из струи газов, попадающих с конденсатом в кипятильник, существенно зависит от растворимости газов в конденсате, температуры конденсата и давления, при котором происходит растворение газа в конденсате. Чем ниже давление, при котором газ контактирует с пленкой конденсата, и выше температура конденсата, тем меньше растворимость газа в конденсате, а соответственно, меньше эмиссия газов из струи и ниже предельное остаточное давление насоса.

На предельное остаточное давление существенно влияет выделение газов из стенок насоса. Обезгазивание стенок насоса путем прогрева до 370 К позволяет понизить предельное остаточное давление насоса более чем на порядок. Наибольшее выпускное давление насоса определяется работой последней выпускной ступени и зависит, главным образом, от плотности струи, расхода пара через сопло и конструкции ступени. Для увеличения наибольшего выпускного давления необходимо увеличивать плотность паровой струи и расход пара через сопло, т. е. мощность подогрева насоса. Наибольшее выпускное давление высоковакуумного насоса зависит от впускного давления, причем характер зависимости определяется, главным образом, конструкцией выпускной ступени.

Во многих конструкциях высоковакуумных насосов выпускная ступень выполнена в виде эжекторного узла с конической сужающейся камерой смешения. В этих насосах наибольшее выпускное давление возрастает с увеличением впускного давления. Обычно насосы характеризуются наибольшим выпускным давлением при предельном остаточном давлении или при наибольшем впускном давлении в рабочем диапазоне (диапазон давлений, в котором быстрота действия постоянна).

Для сравнительной оценки степени совершенства диффузионных пароструйных насосов применяют удельные характеристики, важнейшими из которых являются удельная быстрота действия, вакуум-фактор и термодинамический коэффициент полезного действия. Удельная быстрота действия представляет собой быстроту действия насоса, отнесенную к единице площади впускного отверстия. Вакуум-фактор – отношение фактической быстроты действия насоса к теоретической максимально возможной быстроте действия:

φ = 5факт /5теор

Вакуум-фактор – более наглядная характеристика работы вакуумных насосов, чем удельная быстрота действия, так как непосредственно указывает, насколько фактическая быстрота действия отличается от предельной. При этом удельную теоретическую быстроту действия можно рассматривать как объем газа, который теоретически может пройти через 1 см2 площади диффузионной диафрагмы в единицу времени.

Термодинамический КПД в соответствии с выражением для различных пароструйных диффузионных насосов имеет порядок 10-4—10-3, т. е. только сотые или десятые доли процента подводимой мощности затрачиваются на совершение работы сжатия газа. Если температура масла в насосе быстро повышается, то из сопла истекает несформированный еще дозвуковой поток, что приводит к резкому увеличению обратного потока масла из насоса; через некоторое время поток сформировывается, скорость его становится сверхзвуковой, а обратный поток масла резко уменьшается до минимального значения. После этого температура в кипятильнике еще некоторое время повышается до рабочей, и обратный поток масла увеличивается в результате увеличения плотности пара на выходе из сопла; далее при установившейся рабочей температуре пара в кипятильнике обратный поток практически не меняется.

При выключении нагревателя насоса по мере уменьшения температуры пара в кипятильнике обратный поток масла сначала убывает вследствие уменьшения плотности паровой струп; затем по достижении температуры в кипятильнике, при которой статическое давление пара на выходе из сопла становится меньше давления газа на входе в насос, происходит скачок уплотнения в сопле, при этом скорость паровой струи становится дозвуковой, а плотность возрастает – обратный поток масла резко увеличивается. После перемещения фронта скачка уплотнения через критическое сечение сопла обратный поток масла начинает убывать. Происходит уменьшение плотности по мере снижения температуры в кипятильнике.

Описанный характер изменения обратного потока паров рабочей жидкости из насоса при значительном увеличении впускного давления во время пуска и остановки насоса часто является причиной загрязнения откачиваемой системы рабочей жидкостью. Даже тогда, когда миграция пара из насоса при нормальном установившемся режиме работы очень мала.

В условиях промышленной эксплуатации вакуумные пароструйные насосы обычно присоединяют к откачиваемым системам через переходные трубопроводы, вакуумные затворы, отражатели, ловушки. Для расширения возможностей промышленного применения вакуумных пароструйных насосов выпускают типовые вакуумные ловушки, отражатели. Пароструйный насос, соединенный с отражателем, ловушкой, затвором и установленный на раме, называют вакуумным агрегатом. Агрегат включает вакуумный затвор шиберного типа ЗВЭ с электромеханическим приводом и заливную азотную ловушку типа ЛА. На корпусе насоса укреплено термореле, служащее для отключения нагревателя насоса при превышении предельной рабочей температуры корпуса. Агрегаты АВП 100-100 и АВП 160-250 монтируют на плите со стойками (агрегаты АВП 250-630 и АВП 400-1600 монтируют на подвижной раме-тележке). Заливку жидкого азота в ловушку агрегатов АВП 250-630 и АВП 400-1600 и поддержание его уровня в заданных пределах осуществляют с помощью азотного питателя. В агрегаты АВП 100-100 и АВП 160-250 азот заливают вручную через воронку.

Забойный двигатель

Забойный двигатель – это такой двигатель, который погружают в буровые скважины. Он передает вращение на сам породоразрушающий инструмент. Существует несколько видов забойных двигателей – турбобур, электробур, винтовой двигатель и гидроударник.

Инжектор

Инжектор (термин происходит от фр. injecteur, а оно, в свою очередь, от лат. injicio – «вбрасываю»):

  1. Ускоритель, причем обыкновенно линейный ускоритель, который используется с целью введения заряженных частиц внутрь основного ускорителя. При этом энергия, которая сообщается всем частицам внутри инжектора, должна быть больше минимальной, необходимой для начала действия основного ускорителя.

  2. Струйный насос, который предназначен для сжимания газа или пара, а также для нагнетания жидкостей в разнообразные аппараты или резервуар. Инжекторы применяют на паровозах, а также внутри локомобилей и на котельных установках небольшого размера с целью подачи питательной воды внутрь парового котла. Достоинство инжекторов состоит в том, что у них нет каких-либо подвижных частей, а обслуживание весьма простое. В основе действия инжектора лежит преобразование кинетической энергии, которой обладает струя пара, в другой вид энергии – в потенциальную энергию воды. При этом внутри общей камеры инжектора размещают на одной оси три конуса. К первому паровому конусу при помощи паропровода из котла подается пар, у которого развивается в устье первого конуса большая скорость, происходит захват воды, которая подводится по трубе из бака. Впоследствии образующаяся смесь, состоящая из воды и конденсированного пара, прогоняется внутрь водяного (или конденсационного) конуса, из него же – внутрь нагнетательного конуса, потом – через обратный клапан внутрь парового котла. Расширяющийся конус уменьшает скорость тока воды в нем, поэтому давление растет и в итоге становится вполне достаточным для того, чтобы преодолеть давление внутри парового котла и нагнетать питательную воду в котел. Избыток воды, который образуется в самом начале работы инжектора, сбрасывается затем через клапан «вестовой» трубы. Следует также учитывать, что температура воды, которая поступает в инжектор, должна быть не больше 40 °С, высота же всасывания не должна превышать 2,5 м. Инжектор можно установить как вертикально, так и горизонтально.

Пароводяные инжекторы. Особенности процесса в пароводяном инжекторе. В пароводяных инжекторах осуществляется повышение давления жидкости за счет кинетической энергии струи пара, который в процессе смешения с жидкостью полностью конденсируется в ней.

Особенностью этого процесса, в отличие от процессов в других струйных аппаратах, является возможность при определенных условиях повышения давления инжектируемой воды до значения, превышающего давление рабочего пара. Благодаря этому пароводяные инжекторы еще с середины XIX в. получили широкое распространение в качестве питательных насосов для небольших котельных. Низкий КПД этих аппаратов при этом не имел особого значения, так как теплота рабочего пара с питательной водой возвращалась в котел. Как показал проведенный анализ, при обратном соотношении давление смешанного потока, в принципе, может быть получено из любого из взаимодействующих потоков только в том случае, когда прямая обратимого смешения проходит области более высоких изобар по сравнению с изобарами состояния взаимодействующих сред.

В струйных аппаратах при наличии необратимых потерь на удар при взаимодействии потоков личными скоростями имеет место увеличение энтропии потока по сравнению с обратимым смешением, что приводит к изменению давления смешанного потока. Применительно к пароводяным инжекторам реализована на практике возможность получения давления, превышающего давление действующих сред. Эта возможность существует благодаря балансу работы, получаемой из рабочего пара и сжатия инжектируемой воды. В последнее время в связи с разработкой магнитогидродинамического способа получения электроэнергии, а также тепловых циклов с новыми рабочими телами усилился интерес к применению в этих установках инжекторов в качестве струйных конденсаторов и насосов. Появились многочисленные исследования этих аппаратов, направленные на повышение их КПД путем снижения потерь в элементах проточной части инжектора, изучения условий их запуска и т. д. Многие из этих работ обобщены. Достаточно сложные конструкции промышленных инжекторов подробно описаны.

Во всех конструкциях подвод инжектируемой воды осуществляется через узкую кольцевую щель, окружающую рабочее сопло, с тем чтобы вода поступала в камеру смешения с большой скоростью, направленной параллельно скорости рабочего пара, поступающего из расположенного на оси инжектора центрального сопла Лаваля. Камера смешения имеет, как правило, коническую форму. При проведении исследований пароводяных инжекторов не ставилась задача разработки оптимальной формы проточной части. Была разработана методика расчета пароводяного инжектора простейшей формы (с цилиндрической камерой смешения), результаты расчета по этой методике были сопоставлены с результатами экспериментального исследования такого инжектора. Струя рабочего пара, выходящая из сопла, расположенного на некотором расстоянии от цилиндрической камеры смешения, при достаточной разности температур пара и воды конденсируется в инжектируемой воде до поступления в камеру смешения, повышая температуру инжектируемой воды до tc и сообщая ей определенную скорость.

Это представление хорошо согласуется с опубликованными теоретическими и экспериментальными исследованиями конденсации струи пара в пространстве, заполненном жидкостью. При поступлении воды в камеру смешения ограниченного сечения скорость воды возрастает, а давление ее соответственно снижается. Если р больше давления насыщенного пара при определенной температуре, то в камере смешения движется жидкость и процесс в камере смешения и диффузоре аналогичен процессу в водоструйном насосе. В этом случае в камере смешения происходит повышение давления и за счет выравнивания профиля скоростей, имеющего в начале камеры смешения значительную неравномерность. Затем в диффузоре давление воды повышается до ρс. При этом режимные или конструкционные факторы оказывают на характеристику пароводяного инжектора такое же влияние, как и на характеристику водоструйного насоса.

Существенные отличия наступают при малых коэффициентах инжекции. При снижении расхода инжектируемой воды и неизменном С-плоде рабочего пара температура воды повышается до величины, предшествующей температуре насыщения при давлении в камере смешения, и наступает срыв работы инжектора из-за недостатка воды и конденсации всего поступающего рабочего пара. Этот режим определяет минимальный коэффициент инжекции.

При увеличении коэффициента инжекции, когда расход инжектируемой воды в результате снижения противодавления увеличивается, температура воды в камере смешения падает. Одновременно из-за изменения скорости воды в камере смешения снижается давление.

При увеличении расхода инжектируемой воды до определенной границы давление ρ во входном сечении камеры смешения понижается до давления насыщения при температуре нагретой воды t.

Снижение противодавления не приводит к увеличению рапида, а дальнейшее падение давления в камере смешения невозможно и, следовательно, не может увеличиться перепад давлений, определяющий расход инжектируемой воды. Понижение противодавления в этом случае приводит лишь к вскипанию воды в камере смешения. Этот режим аналогичен кавитационному режиму водоструйного насоса. Вскипание воды в камере смешения обусловливает, таким образом, максимальный (предельный) коэффициент инжекции. Следует отметить, что именно этот режим является рабочим для питательных инжекторов. Он позволяет объяснить обнаруженную из опытов независимость производительности инжектора от противодавления при работе на кавитационном режиме. Ниже приводится вывод основных расчетных уравнений для пароводяного инжектора с простейшей цилиндрической формой камеры смешения.

Уравнение характеристики. Уравнение импульсов можно написать в следующем виде: f2 (GpWpi + GKWHI) – (GP + GH) W3 = fp1 + fnl, где p1 – давление пара в выходном сечении рабочего сопла; Wpi – действительная скорость пара в выходном сечении сопла; Wpi – скорость пара при адиабатном истечении; WHI – скорость инжектируемой воды в кольцевом сечении fnl в плоскости выходного сечения сопла; W3 – скорость воды в конце камеры смешения. Примем следующие допущения:

  1) сечение в плоскости выходного сечения сопла настолько велико, что скорость инжектируемой воды в этом сечении близка к нулю и количеством движения инжектируемой воды GKWHI по сравнению с количеством движения рабочего пара GpWpi . можно пренебречь;

  2) сечение приемной камеры в плоскости выходного сечения рабочего сопла значительно превышает сечение цилиндрической камеры смешения.

Снижение давления от р1 до р2 происходит в основном в конце входного участка камеры смешения. Когда выходное сечение сопла близко к значению сечения камеры смешения, давление после инжектора не зависит от давления инжектируемой воды. Отношение сечений оказывает на характеристики пароводяного инжектора такое же влияние, как и на характеристики других типов струйных аппаратов: пароструйных компрессоров, водоструйных насосов. Увеличение показателя приводит к увеличению коэффициента инжекции и снижению давления воды после инжектора р. Как уже отмечалось, в пароводяном инжекторе максимальный и минимальный коэффициенты инжекции ограничиваются условиями вскипания воды в камере смешения. Вскипание воды в камере смешения станет ниже давления насыщения (кавитации) при температуре воды в камере смешения tz. Оба эти давления (р1 и р2) зависят при заданных параметрах рабочего пара и инжектируемой воды и размерах инжектора от коэффициента инжекции u. Температура воды в камере смешения определяется из теплового баланса. При этой температуре по таблицам насыщенного пара определяется соответствующее значение рк. Давление воды в начале цилиндрической камеры смешения р2 зависит от скорости, которую получит масса инжектируемой воды до поступления в камеру смешения в результате обмена импульсами между инжектируемой и рабочей средами. Если считать, что после конденсации рабочего пара образуется струя рабочей жидкости, движущаяся с очень большой скоростью и занимающая вследствие этого весьма малое сечение, а также что основной обмен импульсами между этой струей и инжектируемой водой происходит в цилиндрической камере смешения, то средней скоростью, которую приобретает инжектируемая вода при давлении р, можно пренебречь. В этом случае давление воды в начале камеры смешения может быть определено по уравнению Бернулли. Снижение давления инжектируемой воды при неизменной ее температуре (t = const) приводит к сокращению рабочего диапазона инжектора, так как при этом сближаются значения инжекции. К аналогичному эффекту приводит повышение давления рабочего пара. При неизменном давлении ρ и температуре t инжектируемой воды увеличение давления рабочего пара ρ до определенного значения приводит к срыву работы инжектора. Так, при УД = 1,8, давлении инжектируемой воды ρ = 80 кПа и ее температуре t = 20 °С срыв работы инжектора наступает при повышении давления рабочего пара р до 0,96 МПа, а при t = 40 °С давление рабочего пара не может быть поднято выше 0,65 МПа. Таким образом, имеют место зависимости предельных коэффициентов инжекции от основного геометрического параметра инжектора, а также от условий работы.

Достижимые коэффициенты инжекции. Для того чтобы определить достижимый коэффициент инжекции при заданных условиях работы инжектора: параметрах рабочего пара р и tρ, параметрах инжектируемой воды и требуемом давлении воды после инжектора, следует решить совместно уравнение характеристики и уравнение предельного коэффициента инжекции. Существенное влияние оказывает положение сопла на предельный коэффициент инжекции: чем меньше расстояние сопла от камеры смешения, тем меньше предельный коэффициент инжекции. Это можно объяснить тем, что при малых расстояниях сопла от камеры смешения рабочий пар не успевает полностью конденсироваться в приемной камере и занимает часть входного сечения камеры смешения, уменьшая тем самым сечение для прохода воды. При увеличении расстояния сопла от камеры смешения предельный коэффициент инжекции увеличивается, но это увеличение постепенно замедляется. При максимальном расстоянии сопла от камеры смешения (36 мм) предельный коэффициент инжекции близок к расчетному. Можно предполагать, что дальнейшее его увеличение не приведет к заметному увеличению предельного коэффициента инжекции.

Такая же закономерность наблюдалась при различных давлениях рабочего пара и различных диаметрах выходного сечения сопла. Исходя из полученных результатов, все опыты с другими камерами смешения и рабочими соплами проводились при максимальном расстоянии сопла от камеры смешения. Лишь при р = 0,8 МПа и показателе 1,8 повышение давления инжектируемой воды меньше р четного, что объясняется, по-видимому, тем, что при этих условиях режим работы инжектора близок к срыву. Действительно, при 1,8 и р = 0,8 МПа расчетное минимальное давление инжектируемой воды составляет около 0,6 атм. При 1,8 и р = 0,8 МПа давление инжектируемой воды близко к минимальному. На этом режиме инжектор работ с предельным коэффициентом инжекции, почти равным расчетному, но не создает расчетного повышения давления инжектируемой воды. Такое явление наблюдалось и в других опытах, когда инжектор работал в режиме, близком к срывному. Для того чтобы при этих условиях реализовать теоретически возможные повышения давления воды в инжекторе, необходимо, по-видимому, более тщательное выполнение проточной части, точный выбор расстояния между камерой смешения и т. п. При расчете струйных аппаратов для пневмотранспорта абсолютное давление р обычно равно 0,1 МПа, если только в приемной камере аппарата не создается искусственно вакуум. Значение ρ, как правило, равно потере давления в сети после аппарата. Эта потеря давления зависит, главным образом, от диаметра трубы трубопровода после струйного аппарата и плотности транспортируемой среды. Для расчета параметров потока в характерных сечениях струйных аппаратов для пневмотранспорта могут быть использованы те же уравнения, что и для газоструйных инжекторов. При сверхкритической степени расширения рабочего потока основные размеры рабочего сопла рассчитываются по тем же формулам, что и для струйных компрессоров. При докритической степени расширения рабочие сопла имеют коническую форму, а сечение сопла рассчитывается. Расход через сопло при докритической степени расширения определяется по формулам, как и определяется осевой размер аппарата.

Водовоздушные эжекторы. Устройство и особенности работы водовоздушного эжектора. В водовоздушных эжекторах рабочей (эжектирующей) средой служит вода, подаваемая под давлением к суживающемуся соплу, на выходе из которого она приобретает большую скорость. Вытекающая из сопла в приемную камеру струя воды увлекает с собой поступающие через патрубок в камеру воздух или паровоздушную смесь, после чего поток попадает в камеру смешения и диффузор, где и происходит повышение давления. Наряду с традиционной формой проточной части применяются водовоздушные эжекторы, в которых рабочая жидкость подается в камеру смешения через несколько рабочих сопл или одно сопло с несколькими отверстиями (многоструйное сопло).

В результате увеличения поверхности контакта взаимодействующих сред такое сопло, как показали экспериментальные исследования, приводит к определенному увеличению коэффициента инжекции при прочих равных условиях.

Экспериментальные исследования показали также целесообразность увеличения длины камеры смешения до 40—50 вместо 8—10 калибров для однофазных струйных аппаратов. Это связано, по-видимому, с тем, что образование однородной газожидкостной эмульсии требует большей длины пути перемешивания, чем выравнивание профиля скоростей однофазного потока.

В исследовании, специально посвященном этому вопросу, авторы следующим образом показывают процесс разрушения рабочей струи. Струя рабочей жидкости в газовой среде разрушается в результате того, что капли выпадают из ядра струи. Разрушение струи начинается с появления ряби (волн) на ее поверхности на расстоянии нескольких диаметров от среза сопла. Затем амплитуда волн растет до тех пор, пока капли или частицы жидкости не начнут выпадать в окружающую среду. По мере развития процесса ядро струи уменьшается и в конце концов исчезает. Расстояние, на котором происходит разрушение струи, считается зоной перемешивания, в которой сплошной средой является инжектируемый газ. После скачкообразного повышения давления сплошной средой становится жидкость, в которой распределены пузырьки газа. Длина камеры смешения должна быть достаточной для завершения смешения. При недостаточной длине камеры смешения зона перемешивания переходит в диффузор, что снижает эффективность водовоздушного эжектора.

Для исследованного авторами диапазона геометрического параметра длина перемешивания составляла соответственно 32—12 калибров камеры смешения. По исследованиям авторов, оптимальной формой рабочего сопла является диффузия вакуума в различных емкостях и т. д. Водовоздушные эжекторы всегда выполняются одноступенчатыми. Предлагались конструкции двухступенчатых водовоздушных эжекторов или эжекторов с пароструйной и второй водоструйной ступенями, но они не получили распространения. В условиях конденсационных установок одноступенчатые водовоздушные эжекторы сжимают воздух, содержащийся в отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси, от давления 2—6 кПа до атмосферного или при расположении водовоздушного эжектора на некоторой высоте над уровнем воды в сливном баке – до давления меньше атмосферного на значение давления столба водовоздушной смеси в сливном трубопроводе.

Характерной особенностью условий работы водовоздушного эжектора является большая разница плотностей рабочей воды и эжектируемого воздуха. Отношение этих величин может превышать 10. Массовые коэффициенты инжекции водовоздушного эжектора имеют обычно порядка 10-6, а объемные коэффициенты инжекции 0,2—3,0.

Для проведении экспериментальных исследований водовоздушные эжекторы часто выполняют из прозрачного материала,чтобы иметь возможность наблюдать за характером движения среды.

Экспериментальные водовоздушные эжекторы ВТИ – с мерой смешения с входным участком, выполненным из плексигласа. В четырех точках по длине камеры смешения производится измерение давления. На основании визуальных наблюдений и измерения давления по длине течение в камере смешения представляется следующим образом. Струя воды поступает в камеру смешения, сохраняя свою первоначальную цилиндрическую форму. Примерно на расстоянии 2 калибров d3 от начала камера смешения оказывается уже заполненной молочно-белой водовоздушной эмульсией (пеной), причем у стенок камеры смешения наблюдаются обратные токи водовоздушной эмульсии, которая снова захватывается струей и увлекается ею. Это возвратное движение обусловлено повышением давления по длине камеры смешения. При всех рассмотренных режимах давление в начале камеры смешения равно р в приемной камере. При низких противодавлениях повышение давления в цилиндрической камере смешения сравнительно невелико. Основное повышение давления происходит в диффузоре. При увеличении противодавления эта картина изменяется: повышение давления в диффузоре уменьшается, а в камере смешения резко увеличивается, причем оно происходит на сравнительно небольшом участке камеры смешения скачкообразно. Чем меньше отношение сечения камеры смешения и сопла, тем более резко выражен скачок давления. Место скачка хорошо различимо, так как после него движется не молочно-белая эмульсия, а прозрачная вода с пузырьками воздуха. Чем больше отношение сечений камеры смешения и сопла, тем более развиты обратные токи водовоздушной эмульсии. При увеличении противодавления скачок давления перемещается против течения струи и, наконец, при определенном противодавлении (ρ) достигает начала камеры смешения. При этом эжекция воздуха водой прекращается, вся камера смешения заполнена прозрачной водой без пузырьков воздуха. Аналогичные явления имеют место, если при неизменном противодавлении снижается давление рабочей воды. Для расчета описанных типов струйных аппаратов весьма плодотворным оказывалось применение уравнения импульсов. Это уравнение учитывает основной вид необратимых потерь энергии, имеющих место в струйных аппаратах, – так называемые потери на удар. Последние определяются, главным образом, отношением масс и скоростей инжектируемой и рабочей среды. При работе водовоздушного эжектора масса инжектируемого воздуха оказывается в тысячи раз меньше массы рабочей воды и не может поэтому в какой-либо степени изменить скорость струи рабочей воды.

Применение в данном случае уравнения импульсов для взаимодействующих потоков, как это было сделано при выводе расчетных уравнений для однофазных аппаратов, приводит к значениям достижимого коэффициента инжекции, в несколько раз превышающим опытные. Поэтому предложенные до настоящего времени различными авторами методы расчета водовоздушных эжекторов представляют собой, по существу, эмпирические формулы, позволяющие получить результаты, более или менее приближающиеся к опытным данным.

Экспериментальные исследования водовоздушных эжекторов показали, что при изменении в широких пределах параметров работы эжектора (давления рабочей, инжектируемой, сжатой среды, массового расхода воздуха) сохраняется достаточно стабильный объемный коэффициент инжекции. Поэтому в ряде методик расчета водовоздушных эжекторов предлагаются формулы для определения объемного коэффициента инжекции. В камере смешения благодаря большой поверхности контакта между водой и воздухом происходит насыщение воздуха парами воды. Температура пара в эмульсии практически равна температуре воды. Поэтому газовая фаза эмульсии представляет собой насыщенную паровоздушную смесь. Полное давление этой смеси в начале камеры смешения равно давлению инжектируемого сухого воздуха в приемной камере ρ. Парциальное давление воздуха в смеси меньше этого давления на давление насыщенного пара при температуре рабочей среды. Поскольку сжимаемый в эжекторе воздух входит в состав паровоздушной смеси, то и в приведенном выше выражении для объемного коэффициента инжекции значение V представляет собой объемный расход паровоздушной смеси, равный, согласно закону Дальтона, объемному расходу воздуха при парциальном давлении р. Массовый расход инжектируемого воздуха при этом может быть определен из уравнения Клапейрона. При повышении давления в диффузоре пар, содержащийся в эмульсии, конденсируется. На основании результатов испытаний водовоздушного эжектора с одноструйным соплом и цилиндрической камерой смешения длиной около 10 калибров было предложено использовать для расчета водовоздушного эжектора формулы для водоструйного насоса, в которых массовый коэффициент инжекции и заменен объемным (скорость эжектируемой среды равна нулю), удельные объемы рабочей сжатой среды одинаковы.

Опыты показывают, что по мере увеличения GB количество пара в отсасываемой смеси при данной температуре снижается вначале очень быстро, а затем медленнее. Соответственно характеристика ра – f(GB) при fcм = const, начинающаяся на оси ординат в точке рн = рп (при GB = 0), возрастает и асимптотически приближается к характеристике, отвечающей отсасыванию сухого воздуха при той же температуре рабочей воды t . Таким образом, характеристика водоструйного эжектора при отсасывании паровоздушной смеси заданной температуры существенно отличается от соответствующей характеристики пароструйного эжектора, представляющей собой (до точки перегрузки) прямую линию, которой отвечает Gn = const.

Можно ради простоты принимать с достаточной для практических целей точностью, что характеристика водоструйного эжектора при отсасывании паровоздушной смеси данной температуры состоит из двух участков, которые по аналогии с характеристикой пароструйного эжектора могут быть названы рабочим и перегрузочным. В пределах рабочего участка характеристики водоструйного эжектора для tН = const давление всасывания можно считать приблизительно постоянным и равным давлению насыщения при температуре отсасываемой смеси, увеличению расхода воздуха, содержащегося в описываемой смеси, здесь отвечает при tv = const значительное уменьшение расхода содержащегося в смеси пара G.

При указанном допущении перегрузочный участок характеристики начинается при расходе воздуха G, которому отвечает в случае отсасывания сухого воздуха давление р, равное давлению рп насыщенного пара при температуре отсасываемой смеси. Для перегрузочного участка, т. е для области GB > G, можно принять, что характеристика эжектора при отсасывании паровоздушной смеси совпадает с его характеристикой на сухом воздухе при данной t.

При отсасывании водоструйным эжектором сухого воздуха его производительность GH при определенном давлении всасывания р может быть увеличена, или при данном G давление всасывания может быть понижено как путем увеличения давления рабочей воды рр так и путем уменьшения противодавления, т. е. давления за диффузором рс. Уменьшить рс можно, например, путем установки водоструйного эжектора на определенной высоте над уровнем воды в сливном баке или колодце. Благодаря этому давление после диффузора снижается на величину давления столба в сливном трубопроводе. Правда, при том же насосе рабочей воды это повлечет за собой некоторое уменьшение давления воды перед рабочим соплом рр, но это лишь частично снизит положительный эффект, достигающийся в результате уменьшения р.

При установке водоструйного эжектора на высоте Н над уровнем воды в сливном колодце давление после диффузора составит Рс = Рб + Ар. При отсасывании водоструйным эжектором паровоздушной смеси уменьшение рс указанным выше путем также благоприятно сказывается на характеристике эжектора, но уже не столько вследствие уменьшения давления всасывания в пределах рабочего участка характеристики, сколько вследствие увеличения при этом протяженности рабочего участка характеристики (т. е. увеличения G).

Криосорбционные насосы

Криосорбционные насосы – основным отличием криосорбционных насосов от конденсационных является способность путем криосорбции откачивать низкокипящие газы (гелий, водород), обеспечиваемая применением адсорбентов, охлаждаемых до сверхнизких (криогенных) температур. В качестве адсорбента в криосорбционных насосах могут использоваться цеолиты, активированный древесный уголь, пористый никель, оксидная пленка алюминия и другие материалы.

По конструкции криосорбционные насосы мало отличаются от конденсационных. При полном насыщении адсорбента газом криосорбционный насос становится конденсационным, однако при низких давлениях (10-5—10-4 Па) он способен сотни и даже тысячи часов работать без использования вспомогательного насоса для откачки низкокипящих газов.

Криосорбционный заливной насос состоит из цилиндрического сосуда с ребрами. Цилиндрический сосуд изготовлен из алюминиевого сплава АД1, на поверхности которого анодным окислением создана высокопористая оксидная пленка алюминия толщиной 120—150 мкм, являющаяся сорбентом.

Оксидная пленка алюминия обладает большой сорбционной емкостью, имеет большую теплопроводность и высокую механическую прочность. Внутрь сосуда с помощью переливного устройства, вводимого в горловину, заливается жидкий гелий. Ребра служат для увеличения геометрической поверхности сорбента, за счет чего повышается сорбционная емкость.

С целью снижения теплопритока сосуд защищен жалюзийным экраном, который охлаждается испаряющимся газообразным гелием. В свою очередь, экран окружен глухим экраном, который охлаждается жидким азотом, находящимся в резервуарах.

Такая система промежуточных экранов обеспечивает дифференциальную откачку отдельных компонентов газа на различных температурных уровнях, что позволяет более рационально использовать емкость сорбента, нанесенного на сосуд. Действительно, при откачке сосуда вначале конденсируются углекислый газ и пары воды на экранах, температура которых поддерживается в пределах 78—90 К, а затем на экране, охлажденном до 25—30 К, происходит конденсация всех остальных газов, кроме гелия, водорода и неона, и, наконец, на ребрах сосуда, имеющих температуру около 4,2 К, сорбируются эти низкокипящие газы, а также та часть других газов, которая не сконденсировалась на экранах.

Криосорбционный насос целесообразно устанавливать непосредственно внутри откачиваемого сосуда, для чего предусмотрен фланец. Предельное остаточное давление, создаваемое криосорбционным насосом, после предварительного обезгазивания цилиндрического сосуда при температуре 420 К составляет 1 × 10-9 Па. Несмотря на относительную простоту конструкции, криосорбционные заливные насосы обладают существенными недостатками, состоящими в необходимости периодической заливки жидкого гелия и азота, трудности автоматизации и контроля наличия хладагентов, а также в необходимости транспортировать жидкий гелий и собирать дорогостоящий газ. Для сбора испаряющегося в насосе гелия применяют мягкий газгольдер, откуда компрессором гелий перекачивают в стандартный баллон с давлением 15 × 106 Па. С целью упрощения эксплуатации современные криосорбционные насосы снабжаются встроенными криогенераторами. При изготовлении и эксплуатации вакуумных насосов возникает необходимость в проверке основных эксплуатационных параметров. Как уже упоминалось, к таким параметрам относят быстроту действия, предельное остаточное давление, наибольшее давление запуска и наибольшее выпускное давление. Измерение параметров обычно проводят на испытательной установке, которая содержит, кроме испытуемого насоса, измерительную камеру, средства измерения давления и потока газа, масс-спектрометрические датчики и необходимую коммутирующую аппаратуру.

Для унификации условий измерения измерительная камера всегда выбирается определенных размеров. Так, диаметр измерительной камеры рекомендуется брать для большинства типов насосов (кроме механических и адсорбционных) – равный диаметру входного отверстия насоса, но не менее 100 мм. При входных отверстиях меньше 100 мм между камерой и насосом устанавливают переходник. Хотя известно много экспериментальных методов измерения быстроты действия насосов, в промышленности и лабораторной практике рекомендован метод, при котором измеряют поток газа, напускаемого в измерительную камеру, и затем по соответствующим соотношениям определяют быстроту действия насоса. В зависимости от ожидаемой производительности насоса применяют различные методы измерения потока газа. При измерении быстроты действия механических вакуумных насосов измерительная камера должна иметь объем не менее пяти объемов всасывания за один оборот ротора насоса. Измерение быстроты действия проводят методом постоянного давления. Для этого измерительную камеру откачивают до давления 0,1 Па Рн (Рн – давление, при котором требуется измерить быстроту действия). Затем с помощью натекателя напускают в измерительную камеру газ до установления давления Рн и измеряют при этом одним из способов поток напускаемого газа Q'Н. Так, если поток газа лежит в пределах от 1000 до 0,10 м3 × Па/с, для его измерения применяют ротаметры, если в пределах от 2 до 1,0 × 10-5 м3 × Па/с – измерительные бюретки, и, наконец, при потоках газа меньше 1,0 × × 10-5 м3 × Па/с измеряют поток методом калиброванной диафрагмы и двух манометрических преобразователей.

По формуле вычисляют быстроту действия насоса при данном давлении Рн. Устанавливая натекателем различные давления Рн в измерительной камере и измеряя при этом поток напускаемого газа, снимают таким образом зависимость быстроты действия насоса от впускного давления SH = f(Рн). При испытаниях газобалластных насосов проводят измерение быстроты действия с закрытым и открытым газобалластным устройством.

Измерение быстроты действия насосов других типов осуществляется аналогичным образом. При определении характеристик адсорбционных насосов вместо быстроты действия обычно находят максимальный объем Vмакс, откачиваемый адсорбционным насосом, от давления 105 Па до давления 1,33 Па за установленное время.

Измерение предельного остаточного давления. У насосов объемного действия обычно измеряют полное предельное остаточное давление газов и паров. Для этого производят откачку измерительной камеры до тех пор, пока в ней не установится так называемое равновесное давление, которое затем в течение следующих трех часов изменится не более чем на 10%. Это установившееся равновесное давление и принимают за предельное остаточное давление насоса. Измерение предельного остаточного давления газов у насосов других типов производится аналогичным образом, с той лишь разницей, что применяют измерительную камеру и до измерений проводят обезгазивание насоса (если это предусмотрено его конструкцией) и измерительной камеры прогревом при температуре 600—700 К в течение 12—24 ч. За предельное остаточное давление в этом случае принимают давление, полученное через 24 ч после выключения прогрева. Следует подчеркнуть, что во избежание ошибки в измерении предельного остаточного давления проводимость трубопровода, соединяющего измерительную камеру с манометрическим преобразователем, должна быть не менее 50 л/с. Предпочтительней, однако, использовать манометрические преобразователи открытого типа. Измерение наибольшего выпускного давления производят при испытаниях эжекторных, бустерных и высоковакуумных диффузионных насосов и агрегатов.

Для измерения наибольшего выпускного давления откачивают измерительную камеру до давления в 10 раз меньшего, чем давление, при котором производительность насоса максимальная.

С помощью натекателя, установленного в измерительной камере, увеличивают давление до значения, соответствующего максимальной производительности насоса. Затем натекателем, установленным на магистрали (соединяющей выпускной патрубок насоса с насосом предварительного разрежения), напускают газ до тех пор, пока давление в измерительной камере не возрастет на 50% больше ранее достигнутого давления. Давление, измеренное в этот момент на выпускном патрубке насоса, принимают за наибольшее выпускное давление.

Магнитные электроразрядные насосы

Магнитные электроразрядные насосы – принцип действия: в отличие от ионно-геттерных насосов с термическим испарением титана в магнитных электроразрядных насосах для получения активных пленок и для ионизации газов используются разряд в магнитном поле и вызванное им катодное распыление титана. Вследствие этого в магнитных электроразрядных насосах устранен такой существенный недостаток, присущий ионно-геттерным насосам, как наличие накаленных элементов электродной системы.

Схема простейшего диодного магнитного электроразрядного насоса выглядит следующим образом: анод насоса образован из отдельных разрядных ячеек, с открытых концов которых расположены общие катоды из титана.

Эта электродная система помещается в магнитное поле, перпендикулярное плоскости катодов. При подаче на электроды разности потенциалов в несколько киловольт в ячейках возникает газовый разряд, который благодаря магнитному полю поддерживается в широком диапазоне давлений. Положительные ионы газов, образующиеся в разряде при соударении электронов с молекулами, ускоряются электрическим полем в направлении катодов и внедряются в них, вызывая распыление материала катодов. Распыленный с катодов титан оседает главным образом на аноде. Активные газы (азот, кислород), присутствующие в вакуумной системе, попадая на свеженанесенную на аноды пленку, связываются на ней, образуя устойчивые химические соединения с титаном. Образующиеся при реакциях устойчивые соединения – нитриды или окислы титана – могут возникать и на катоде в момент попадания туда ионов или молекул азота и кислорода. Однако из-за сильного распыления материала катода активные газы, в конце концов, оказываются в основном на аноде, оставаясь лишь на их участках катода, которые почти не подвергаются «минной» бомбардировке. Многоатомные газы, пары воды, углекислый газ, аммиак, углеводороды, по-видимому, диссоциируют в разряде. Ионы осколков молекул также вызывают распыление материала катода. Ионы легких газов (водород, дейтерий, гелий) не вызывают заметного распыления материала катода. Для них более существенным является второй механизм откачки: ионы легких газов, имеющие малые размеры, могут внедряться в материал катода и диффундировать и его. Таким образом, быстрота действия магнитного электроразрядного насоса зависит от рода газа или пара.

Первоначально относительно высокая быстрота действия насоса по этим газам постепенно уменьшается, особенно для гелия, не образующего с титаном твердых растворов. При бомбардировке материала катода ионами тяжелых газов или при нагреве его разрядом до температуры свыше 470 К наблюдается обратное выделение легких газов. Тяжелые инертные газы – аргон, криптон и ксенон – откачиваются благодаря адсорбции ионов катодом. Вследствие больших молекулярных размеров диффузия этих газов в катод затруднена, и первоначально высокая быстрота действия насоса по газам резко уменьшается. Поглощение этих газов происходит в основном на периферийных участках ячеек катодов, куда наносится титан, интенсивно распыляемый тяжелыми ионами из центральных частей ячеек катодов. При откачке аргона с давлением около 10-3 Па и при длительной откачке воздуха с давлением больше 10-3 Па, содержащего 1% аргона, наблюдается резкое периодическое повышение давления, называемое аргонной нестабильностью. Тем не менее присутствие аргона с парциальным давлением меньше 10-3 Па при периодическом обезгазивании насоса оказывается полезным, так как при этом интенсифицируется распыление материала катода и увеличивается скорость откачки активных газов.

Таким образом, важной особенностью магниторазрядных насосов является своеобразная авторегулировка скорости испарения материала катодов, обеспечивающая экономное расходование материала и большой срок службы насоса. Поскольку ионный ток приблизительно пропорционален давлению, он часто используется для оценки давления в насосе и откачиваемом сосуде. Простота устройства и возможность работы в любом положении также выгодно отличают магнитные электроразрядные насосы от других.

Для понимания работы магниторазрядных насосов, помимо различий в механизме поглощения различных газов, необходимо иметь в виду изменение характера газового разряда с изменением давления. При давлении больше 10-1 Па ток разряда велик вследствие большой электропроводности разрядного промежутка; чтобы разряд при этом не перешел в дуговой, ток разряда специально ограничивается (в малых насосах используется балластное сопротивление, в крупных насосах используют более сложные электрические цепи), что приводит к уменьшению падения напряжения на разрядном промежутке. При этом уменьшается энергия ионов и, следовательно, резко снижается скорость распыления материала катодов. Поэтому быстрота действия насоса при высоких давлениях невелика, а относительно большой ток вызывает разогрев электродов и сильное газовыделение, вследствие чего давление в системе повышается. В этих условиях целесообразно продолжать откачку насосом предварительного разрежения до начала периода пуска, когда эффект откачки магнитным электроразрядным насосом становится заметным.

В период пуска, который может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от состояния насоса, давление понижается от 10-2 до 1 Па и разряд принимает форму, характерную для высокого вакуума. Сопротивление разрядного промежутка увеличивается, ток уменьшается, и происходит рост анодного напряжения, что ведет к увеличению быстроты действия насоса. Период пуска завершается относительно быстрым переходом в область высокого вакуума; ток продолжает уменьшаться пропорционально давлению, анодное напряжение и быстрота действия насоса достигают номинальных значений.

Конструкции и характеристики. Конструкции магниторазрядных насосов довольно разнообразны, что объясняется различиями в условиях их применения. В одних случаях от насоса требуется длительная работа в области предельно низких давлений, в других – насос должен использоваться в циклических производственных процессах с частыми пусками, в ряде случаев от магнитного электроразрядного насоса требуется повышенная эффективность откачки инертного газа и т. п.

Во всех отечественных магнитных электроразрядных насосах геометрические размеры ячейки примерно одинаковы и быстрота действия одной ячейки составляет примерно 1 л/с. Поэтому для получения высокой быстроты действия в насосах используется несколько электродных блоков, каждый из которых содержит большое количество ячеек.

Как отмечалось, недостатком магниторазрядных насосов является длительный период пуска. Кроме того, прохлаждаемые диодные магнитные электроразрядные насосы не могут длительно работать при давлениях больше 10-3 Па из-за перегрева электродов. Этот недостаток устранен в диодных магнитных электроразрядных насосах с водяным охлаждением анодов электродного блока, что позволяет успешно запускать эти насосы при давлении меньше 5 Па и длительно работать при давлении 10-1 Па. В насосах с водоохлаждаемым анодом, в отличие от диодных неохлаждаемых насосов, высокое отрицательное напряжение подается на катоды, изолированные от корпуса, а анод насоса заземлен.

Существует серия магнитных электроразрядных насосов с охлаждаемыми анодами. Состав остаточных газов в хорошо обезгазенной системе, откачиваемой магнитным электроразрядным насосом, состоит из обычно присутствующих во всех вакуумных системах водорода, азота, окиси углерода, аргона и метана. Разработанные блоки питания к магнитным электроразрядным насосам имеют по мощности такие характеристики, при которых максимальная мощность выделяется при наибольших давлениях устойчивой работы. С увеличением мощности блока питания возрастает быстрота действия насоса в области высоких давлений, но одновременно возрастают габариты и масса источника питания, тепловыделение на электродах насоса и возникает опасность возникновения дугового разряда между электродами. В связи с этим обычно разрядный ток для диодных неохлаждаемых насосов, приходящийся на одну ячейку, ограничивают сверху 0,5 мА, для охлаждаемых диодных насосов – 3 мА и триодных насосов – 4 мА.

Практические указания по эксплуатации. Поскольку состояние внутренних поверхностей магнитного электроразрядного насоса оказывает решающее влияние на его работоспособность, нельзя допускать попадания в насос загрязнений. При кратковременных вскрытиях на атмосферу вакуумной системы с магнитным электроразрядным насосом желательно заполнять ее осушенным воздухом или азотом для предотвращения попадания в насос влаги; в вакуумных системах, длительное время соприкасающихся с атмосферным воздухом, желательно иметь кран между насосом и системой. Совершенно недопустима предварительная откачка вакуумной системы насосами с масляным уплотнением, не защищенными надежной ловушкой, так как это приводит к загрязнению вакуумной системы и магнитного электроразрядного насоса углеводородами. Лучше всего для этой цели использовать адсорбционные насосы. После кратковременного вскрытия на атмосферу чистой установки с работавшим магниторазрядным насосом время пуска в небольших системах не превышает нескольких минут, в крупных – около 30 мин. У нового, еще не работавшего или загрязненного насоса время пуска значительно больше за счет сильного газовыделения поверхностей.

Улучшить характеристики насоса в области низких давлений можно путем аргонной обработки. Для этого в работающий магнитный электроразрядный насос через натекатель впускается аргон (давление 5 × 10-1 – 5 Па), который в это же самое время откачивается вспомогательным насосом.

Продолжительность аргонной обработки – около одного часа. Интенсивное ионное распыление при аргонной обработке создает на электродах свеженапыленные слои титана, не содержащие сорбированных газов, одновременно происходит обезгазивание насоса прогревом энергией, выделяющейся на электродах. После аргонной обработки насос быстро достигает низких давлений. Следует иметь в виду, что длительная работа насоса при высоких давлениях (порядка 1—10-1 Па) создает условия для попадания проводящего слоя титана на изоляторы и приводит к замыканиям в электродной системе. Запуск магнитного электроразрядного насоса значительно облегчается при понижении начального давления до значений ниже 10-1 Па.

При сильном загрязнении тяжелыми углеводородами (парами масла) выход насоса на рабочий режим может оказаться невозможным. Наиболее простым способом восстановления такого насоса является прогрев его до температуры около 700 К на воздухе (или в окислительной атмосфере) для разложения углеводородов. При этом на титане образуются пленки окислов, и период пуска затягивается. При переборке насоса титановые и стальные детали подвергают механической очистке, травлению в кислотах, промывают растворителями и водой, сушат в чистом теплом воздухе. Насос следует собирать в чистых условиях и как можно быстрее запустить в работу, подвергнув предварительно прогреву при температуре около 700 К под откачкой адсорбционным, турбомолекулярным или пароструйным диффузионным насосом с надежной ловушкой.

Долговечность насоса, определяемая обычно местным разрушением катодов, очень велика и составляет десятки тысяч часов при работе на давлениях меньше 10-4 Па. В случае откачки большого количества водорода долговечность насоса может сильно уменьшиться из-за коробления катодов (в результате насыщения водородом) и замыкания электродной системы. При этом необходима смена катодов. Замыкание электродов может произойти также из-за отслаивания пленки титана с анода после длительной работы насоса.

Насос – машина, перемещающая воду в трубе и сгущающая или разрежающая газы. Среди водяных насосов выделяют по способу их работы: всасывающие, нагнетательные и нагнетательно-всасывающие. Принцип работы всех их заключается в разрежении воздуха, который находится внутри цилиндра, при помощи передвигающегося поршня, который снабжен соответствующими клапанами особого устройства. Благодаря их действию вода первоначально заменяет по расположению удаленный воздух (причем не выше, чем на шести-восьмиметровой высоте), а потом выгоняется оттуда либо поступает в выводное отверстие.

По роду действующей силы различают ручные и паровые насосы. Из категории воздушных насосов более совершенными считаются насосы Н. Менделеева, Гейсслера и некоторые другие модели. Их действие основано на всасывающем эффекте, который создается струей ртути, которая постепенно падает внутри трубки, соединенных с резервуаром, где располагается разрежаемый газ. Таким образом, насосы представляют собой устройства, осуществляющие непрерывное нагнетание, сжатие либо отсасывание текучих сред с использованием механических или иных средств.

Различаются насосы для жидкостей и насосы или иные похожие устройства, применяемые с целью нагнетания либо отсасывания газа и пара, а именно – компрессор, вентилятор, воздуходувка, вакуум-насос и некоторые другие устройства.

Насосы (как гидравлические машины, аппараты или приборы) осуществляют напорное перемещение (а именно всасывание или нагнетание) прежде всего капельной жидкости, сообщая ей какую-либо долю внешней энергии (которая, в свою очередь, может быть потенциальной либо кинетической).

Различные же устройства или приспособления, используемые с целью безнапорного передвижения жидкостей, насосами обычно не называются и относятся к другой категории устройств, например, водоподъемные машины.

Основным параметром насоса является то количество жидкости, которое он перемещает за единицу времени, т. е. основным параметром служит объемная подача, которая осуществляется насосом и обозначается как Q. Большинство насосов также характеризуются такими важными техническими параметрами, как развиваемое ими давление (обозначается латинской буквой р) и соответствующий насосу напор (обозначается латинской литерой H), а также другой важной характеристикой – потребляемой мощностью (обозначается буквой N) и коэффициентом полезного действия (обозначается буквой h).

Название магнитных электрозарядных насосов имеет обязательное определение, характеризующее принцип действия насосов (к примеру, центробежные или электромагнитные), или какие-то особенности конструкции (ведь насос может быть горизонтальным, зубчатым, шиберным и т. д.), или среду, которая подается насосом (к примеру, грунтовой насос ). Порой, однако, в определительном слове фиксируется назначение либо область, в которой применяется насос (к примеру, лабораторные, дозировочные), а также тип привода (он может быть ручным или с электроприводом), в названии насоса может быть также запечатлено и имя его изобретателя (в качестве примера можно привести насос Гемфри), и название фирмыизготовителя (насос СИХИ – по начальным буквам в словах Simen Hinsch, в названии насоса Фарко отражено имя владельца завода).

Но некоторые из устройств, которые нами рассматриваются, получили совершенно особенные названия. В качестве примера можно привести газлифт, а одну из его конструкций называют маммут-насосом, или насосом Маммута; среди вытеснителей имеется монжус, который называют также насосом Монтежю, или пневматический насос; гидроэлеваторы, инжекторы и эжекторы, которые являются видами струйных насосов.

Под общим термином «насос» известны некоторые устройства, которые предназначены совсем для других в отличие от обыкновенных насосов целей. Среди них, к примеру, вакуумный насос, который предназначен для удаления газа из замкнутого объема, а также тепловые насосы – установки, используемые с целью передачи тепла из окружающей среды (например, из воздуха либо воды), которые имеют низкие значения температуры, к объектам с большей температурой (к примеру, к воде внутри отопительной системы). Насосы магнитного потока осуществляют периодическое изменение магнитного потока внутри какой-либо замкнутой цепи.

Что же касается классификации устройств, используемых с целью напорного перемещения жидкости, то они разделяются на разновидности, выделяемые по разным свойствам, к примеру, по механизму действия и по конструкции. Все насосы могут быть условно разделены на две основные группы: это насосы-машины, которые приводятся в действие за счет работы двигателей, и насосы-аппараты, действие которых основано на иных источниках энергии, такие насосы не обладают движущимися рабочими органами.

Насосы-машины могут быть лопастными (а среди них центробежными, осевыми, вихревыми), поршневыми, роторными (т. е. шестеренными, коловратными, пластинчатыми, винтовыми). Насосы-аппараты могут быть представлены струйными насосами (жидкостными и газожидкостными), газлифтами (в том числе эрлифтами), вытеснителями (в том числе паровыми и газовыми), гидравлическими таранами, магнитогидродинамическими насосами и другими видами. При этом у насосов всех типоразмеров имеются условные обозначения (т. е. марки), которые состоят обычно из набора букв и цифр. Изобрели насосы в глубокой древности. Первые насосы предназначались для тушения пожара. Это изобретение принадлежит древнегреческому механику Ктесибию, его описал в I в. до н. э. древнегреческий ученый Герон из Александрии в своем труде «Pneumatica», позже изобретение было описано М. Витрувием в произведении «De Architectura». Простейший деревянный насос, снабженный проходным поршнем, использовался для подъема воды из колодца. Использование водоподъемных машин до начала восемнадцатого века значительно преобладало над использованием поршневых насосов. Позже из-за роста потребности в воде и необходимости увеличения высот, на которые она (вода) должна была подаваться, и тем более вслед за появлением паровой машины, насос постепенно стал вытеснять водоподъемную машину. Стали разнообразными требования, предъявляемые к насосам, условия, в которых применялись эти устройства, и наряду с поршневыми насосами стали создаваться вращательные насосы, различные приспособления для напорной подачи воды. Таким образом, исторически было намечено три основных направления в дальнейшем развитии насосов – конструирование поршневых насосов, вращательных насосов, а также гидравлических установок без каких-либо подвижных рабочих органов.

Сегнерово колесо

Сегнерово колесо – этим термином обозначается устройство, в основе работы которого лежит реактивное действие вытекающей воды. Сегнерово колесо изобрел венгерский ученый Я. А. Сегнер (J. A Segner), именем которого и названо устройство. Произошло это событие в 1750 г. Сегнерово колесо, по сути, является прообразом гидравлической турбины. В состав устройства входит вертикальная подводящая труба, на ней укрепляется горизонтальная труба, которая способна к свободному вращению и снабжена тоже горизонтальными открытыми концами, которые отогнуты в противоположные стороны. Через эти концы жидкость может вытекать и приводить тем самым сегнерово колесо во вращение. Применяется сейчас данное устройство прежде всего как демонстрационный прибор, однако иногда используется и при поливе растений.

Сифон гидротехнический

Сифон гидротехнический – устройство, по которому осуществляется автоматический слив лишней воды из водохранилищ, бассейнов, каналов. Этот сифон представляет собой трубчатое приспособление с расширенной верхней частью, расположенной ниже уровня бьефа. Это предусмотрено, чтобы исключить попадание в трубу воздуха или сора. Этот сифон отличается простотой изготовления и имеет большую пропускную способность.

Струйные насосы

Принцип действия: по принципиальной схеме струйного насоса работа его основана на откачивающем действии паровой струи. Источником пара является рабочая жидкость (ртуть или вакуумное масло), залитая в кипятильник, которая нагревается до рабочей температуры нагревателем. Образующийся при нагреве пар по пароподводящей трубе поступает в сопло, из которого с большой скоростью истекает в пространство рабочей камеры. Откачиваемый газ, поступающий через впускной патрубок, захватывается в рабочей камере струей и увлекается ею к охлажденным стенкам рабочей камеры, где пар конденсируется и конденсат по сливной трубке возвращается в кипятильник, а газ, сжатый струей, выбрасывается через выпускной патрубок и откачивается форвакуумным насосом. Механизм увлечения газа паровой струей в пароструйных насосах: как уже отмечалось, в эжекторных насосах при высоком давлении откачиваемого газа (105—10 Па) пар в струе на выходе из сопла должен иметь высокую плотность, чтобы при взаимодействии с откачиваемым газом струя не разрушалась.

В струйных насосах, откачивающих газ с 10—10-1 Па, струя не разрушается при меньшей плотности пара в ней. В данном случае увлечение откачиваемого газа струей пара происходит в результате трения между поверхностью струи пара и прилегающими к ней слоями газа (вязкостный захват), а также вследствие частичной диффузии молекул газа в приповерхностную часть струи (зона струи). Подобный механизм увлечения откачиваемого газа паровой струей используется в бустерных насосах. При более низком давлении откачиваемого газа плотность струи пара может быть еще меньше, так как в механизме увлечения газа струей наряду с вязкостным захватом все большую роль начинает играть диффузия газа в струю. Наконец, при давлении откачиваемого газа меньше 10-2 Па, когда длина свободного пути его молекул становится соизмеримой с размерами рабочей камеры насоса, роль вязкостного захвата газа становится малой, и механизм увлечения газа целиком определяется диффузией молекул газа в струю. В этих условиях молекулы в результате столкновений с частицами пара получают составляющую скорости в направлении движения струи. Подобный механизм увлечения откачиваемого газа паровой струей используется в высоковакуумных диффузионных насосах.

Конструкции и характеристики. Бустерные (вспомогательные) насосы обладают наибольшей быстротой действия в диапазоне давлений 10—10-1 Па и применяются совместно с механическими вакуумными насосами с масляным уплотнением, быстрота действия которых в этом диапазоне давлений практически близка к нулю. В бустерных насосах обеспечивается повышенная плотность струи масляного пара за счет применения легколетучих сортов вакуумного масла, увеличения мощности подогревателей и использования обращенных сопл зонтичного типа. Последняя ступень бустерных насосов часто выполняется в виде эжекторного сопла с диффузором, чтобы обеспечить высокое выпускное давление. Диффузионные насосы предназначены для работы в области высокого и сверхвысокого вакуума, т. е. при давлениях ниже 10-1 Па. Отличительной особенностью характеристики диффузионных насосов является постоянство быстроты действия в рабочем диапазоне давлений.

Конструктивно диффузионные насосы схожи с бустерными. Однако их выпускное давление обычно на порядок ниже, чем у бустерных, и составляет 10—40 Па. Диффузионные насосы обычно работают при меньших давлениях пара в кипятильнике и требуют относительно меньшую мощность нагревателя.

Конструкции паромасляных диффузионных насосов имеют ряд особенностей, связанных с использованием в качестве рабочих жидкостей масла или сложных эфиров. Это прежде всего устройства, обеспечивающие фракционирование (т. е. разделение на фракции) неоднородных масел, причем тяжелые фракции (с низким давлением насыщенного пара) направляются в сопло первой (высоковакуумной) ступени, чем обеспечиваются низкое предельное остаточное давление и высокое быстродействие насоса в целом, а легкие фракции (с высоким давлением насыщенного пара) направляются в сопло последней ступени, обеспечивая высокое выпускное давление. Насосы с таким устройством называются фракционирующими или разгоночными. Сварной корпус насоса выполнен из малоуглеродистой стали с наваренной на него рубашкой водяного охлаждения. Паропровод с двумя зонтичными соплами изготовлен из алюминия. Последней выходной ступенью насоса является эжектор.

Фракционирование масла, стекающего в кипятильник с периферии по стенке корпуса, осуществляется с помощью лабиринтных колец, удлиняющих путь масла до поступления в центральную зону кипятильника, откуда питается паром высоковакуумное сопло, так что легкие фракции масла успевают испариться на периферии кипятильника, откуда они поступают во второе зонтичное и эжекторное сопла насоса. В непрогреваемых вакуумных системах с резиновыми уплотнителями паромасляные диффузионные насосы обеспечивают предельное остаточное давление около 5 × 10-4 Па без ловушек и около 5 × 10-5 Па с ловушками, охлаждаемыми кипящим жидким азотом. Характерна зависимость быстроты действия диффузионного насоса от впускного давления.

Предельное остаточное давление пароструйного диффузионного насоса в значительной мере определяется качеством фракционирования масла и содержанием газов в масле, стекающем в кипятильник, так как чем лучше обезгазено масло, тем меньше газов заносится паровой струей на впуск насоса. Лабиринтные кольца не прилегают плотно к днищу кипятильника, в связи с чем не обеспечивают достаточно полного фракционирования масла. Для улучшения фракционирования масла в современных насосах лабиринтные кольца выполняют непосредственно в днище кипятильника, а паропроводящие трубы сопл плотно надеваются на перегородки соответствующих каналов лабиринтных колец. Обезгазивание масла в насосах улучшено тем, что нижняя часть корпуса не охлаждается (для этого водяную рубашку укорачивают), так что температура масла в нижней части достигает 140 °С, а также благодаря удлинению пути конденсата в горячей зоне, для чего на стенке корпуса ниже выпускного патрубка предусмотрена винтовая канавка, по которой конденсат стекает в кипятильник.

Насос с улучшенным фракционированием и обезгазиванием способен на обычном минеральном масле без применения азотной ловушки создавать предельное остаточное давление 1 × х 10-6 Па. Ухудшение условий охлаждения насоса при повышении температуры воды ведет к заметному повышению предельного остаточного давления и уменьшению быстроты действия. Однако в ряде случаев, особенно в передвижных вакуумных установках, например в масс-спектрометрическом течеискателе, эксплуатация насосов с водяным охлаждением неудобна, и здесь используются небольшие диффузионные насосы с принудительным воздушным охлаждением. Таким образом, что основные характеристики паромасляных насосов (диффузионных и бустерных) определяются как конструкцией насоса, так и родом рабочей жидкости. У всех насосов существует порог мощности подогрева, ниже которого насос не работает совсем. Наибольшее выпускное давление возрастает по мере увеличения мощности подогрева; это объясняется увеличением плотности струи. Рост предельного остаточного давления вначале уменьшается, что связано с уменьшением противодиффузии газов через струю по мере увеличения плотности струи. И у паромасляных диффузионных насосов предельное остаточное давление проходит через минимум, лежащий вблизи пороговой мощности подогрева; дальнейшее увеличение предельного остаточного давления объясняется разложением масла в кипятильнике и заносом образующихся легких фракций в сопло первой ступени. Заметим, что в парортутных насосах этого не происходит. Быстрота действия Sн проходит через максимум, что связано с изменением плотности струи.

Основные характеристики пароструйных диффузионных насосов существенно зависят от молекулярной массы откачиваемого газа, что связано с большим коэффициентом диффузии у легких газов (водород, гелий) через паровую струю, чем у тяжелых газов (аргон, азот). Имеет место влияние выпускного давления азота и водорода на предельное остаточное давление. Увеличение выпускного давления азота в довольно широких пределах не влияет на предельное остаточное давление; только при превышении наибольшего для данного насоса выпускного давления Рнаиб происходит резкое повышение давления на впуске, и насос прекращает работу.

Увеличение выпускного давления водорода сразу же сказывается на предельном остаточном давлении насоса. Теоретическая быстрота действия Sг паровой струи при молекулярном режиме течения газа определяется проводимостью входного сечения насоса. Истинная быстрота действия насоса Sн за счет отражения части молекул от струи и противодиффузии газа меньше теоретической ST; отношение SH / ST = α зависит от рода газа и составляет обычно для воздуха 0,3—0,5.

Быстрота действия диффузионных насосов уменьшается как в области высоких давлений, так и в области предельного остаточного давления. Уменьшение быстроты действия диффузионного насоса в области высоких давлений объясняется возрастанием выпускного давления (из-за ограниченности быстроты действия форвакуумного насоса) и нарушением работы паровой струи. Уменьшение быстроты действия в области предельного остаточного давления связано с возрастающим влиянием заноса газа в верхнее сопло и противодиффузии газа через струю. Состав остаточных газов паромасляного диффузионного насоса представляет собой широкий набор углеводородных соединений с массовыми числами до 250. С помощью эффективных ловушек из состава остаточных газов могут быть исключены практически все углеводородные соединения. Обратный поток паров масла, поступающий в единицу времени с единицы площади сечения впускного патрубка диффузионного насоса, работающего без ловушки, составляет обычно 1—5 мг/(ч × см2). С помощью эффективных ловушек эта величина может быть уменьшена до 1 × 10-5 – 1 × 10-6 мг / / (ч × см2). Резкие непродолжительные увеличения обратного потока паров масла имеют место в периоды запуска и остановки насоса, когда паровая струя еще не сформировалась или уже потеряла форму. Часто диффузионный насос с затвором, маслоотражателем и ловушкой выполняется как единая вакуумная установка, которая называется вакуумным агрегатом.

Практические указания по эксплуатации. Струйные насосы должны эксплуатироваться только с рекомендованной рабочей жидкостью, для которой заводом-изготовителем (разработчиком) выбраны критические проходные сечения сопл и режим эксплуатации. Эксплуатационные мероприятия сводятся в основном к сохранению количества и качества рабочей жидкости в насосе и к мерам защиты откачиваемого сосуда от чрезмерного проникновения в него паров масла. Для этого следует придерживаться обычной последовательности операций при запуске насоса: откачать пароструйный насос форвакуумным насосом, включить подачу охлаждающей воды, включить нагреватель (при этом возможно небольшое увеличение давления за счет газовыделения из разогревающегося масла); после запуска насоса (через 30—60 мин в зависимости от его размеров) охладить азотную ловушку и медленно открыть затвор или кран на входе насоса (при этом давление в откачиваемом сосуде должно быть не выше рекомендованного начального давления). Остановка насоса всегда начинается с закрытия затвора, затем размораживается азотная ловушка и после этого выключается нагреватель. Форвакуумная откачка и водяное охлаждение прекращаются после охлаждения кипятильника, которое можно ускорить, сняв нагреватель и обдувая кипятильник воздухом. В некоторых насосах в днище кипятильника имеются каналы водяного охлаждения, что значительно сокращает время охлаждения насоса.

Рассмотрим аварийные ситуации. При разгерметизации откачиваемого сосуда или прекращении подачи охлаждающей воды должен быть перекрыт затвор на впуске насоса и отключен нагреватель; форвакуумная откачка при этом продолжается. При аварийной остановке форвакуумного насоса должны быть перекрыты форвакуумный кран и затвор на впуске, а также отключен нагреватель. При выходе из строя нагревателя должен быть перекрыт затвор на впуске. Работа нагревателя при повышенном давлении в насосе (например, если забыли включить форвакуумную откачку или при аварии в форвакуумной системе некоторое время не был отключен нагреватель) ведет к перегреву рабочей жидкости. В таких случаях следует до начала форвакуумной откачки дать рабочей жидкости несколько остыть, отключив нагреватель, в противном случае бурное вскипание перегретой рабочей жидкости приводит к сильным выбросам ее из насоса. Некоторый вынос рабочей жидкости в форвакуумную коммуникацию происходит при прохождении через разогретый насос больших потоков газа.

Турбомолекулярные насосы

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстро движущейся твердой поверхностью.

Рабочий механизм насоса образован роторными и статорными дисками, имеющими радиальные косые пазы – каналы, боковые стенки которых наклонены относительно плоскости диска под углом 40—15°; причем пазы статорных дисков расположены зеркально относительно пазов роторных дисков. Между статорными дисками и валом ротора и между роторными дисками и корпусом насоса имеются зазоры. При молекулярном режиме течения газа в насосе, т. е. при давлениях ниже 10-1—1 Па, такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки. Действительно, молекула газа, прошедшая через статорный паз (или отразившаяся от статорного диска и движущаяся к роторному диску слева), попав в паз роторного диска, имеет большую вероятность пройти через него, так как боковая стенка роторного паза уходит с пути молекулы. Стенка не может ее нагнать, в то время как такая же молекула, подходящая к роторному диску справа, т. е. против направления откачки, вошедшая в паз, будет с большой вероятностью задержана стенкой роторного паза и отражена обратно в направлении откачки. Молекулы, отраженные роторным диском, кроме тепловой скорости, приобретают дополнительную скорость. Эта скорость равна окружной скорости роторного диска и направлена параллельно оси насоса. Благодаря соответствующему углу наклона боковых стенок статорного паза здесь также обеспечивается преимущественное прохождение молекул в направлении откачки.

Таким образом, каждая ступень, состоящая из роторного и статорного дисков, создает перепад давлений. Причем наибольшее отношение давлений по обе стороны ступени (степень сжатия) равно приблизительно отношению вероятностей перехода молекул через паз в направлении откачки и в обратном направлении, а наибольшая возможная быстрота ступени пропорциональна разности Σ1-2 – Σ2-1. В области достигнутых окружных скоростей в современных промышленных турбомолекулярных насосах разность Σ1-2 – Σ2-1 характеризуется почти линейной зависимостью, т. е. эффективность насоса возрастает с ростом окружной скорости ротора и с уменьшением наиболее вероятной скорости молекул. Расчеты показывают, что максимальная быстрота действия достигается при угле наклона пазов около 30°. С другой стороны, для получения достаточно высокой степени сжатия в одной ступени (от 3 до 5) угол наклона паза должен быть не более 20°.

Поэтому в современных насосах высоковакуумные ступени выполняются с углом наклона 35°, а все остальные – 20°. Для «быстрых» молекул (легких газов) окружная скорость ротора является относительно меньшей, чем для «медленных» молекул (тяжелых газов), поэтому коэффициент сжатия ступени заметно меньше для легких газов. Каждый роторный и статорный диск создает небольшой перепад давлений, однако благодаря большому количеству последовательных ступеней (30—40) обеспечивается высокий коэффициент сжатия насоса в целом (102—103 по водороду, 107—109 по азоту). Так как турбомолекулярные насосы имеют очень высокий коэффициент сжатия для тяжелых газов, то во время работы эти насосы являются надежным барьером против проникновения тяжелых молекул масла из форвакуумной полости насоса.

Конструкции и характеристики. Высокая надежность насосов достигается тем, что они приводятся во вращение от высокочастотного электродвигателя, ротор которого расположен в форвакуумной полости на общем валу с ротором насоса. Таким образом, исключается вакуумный ввод вращения, манжеты которого подвержены износу. Ротор вращается с частотой около 18 000 об/мин и перед сборкой насоса подвергается тщательной динамической балансировке, что обеспечивает работу насоса без шума и вибраций, а также долговечность подшипников.

Смазка подшипников осуществляется маслонасосом, имеющим небольшой собственный электродвигатель. В случае аварийного отключения электроэнергии подача смазки прекращается, а ротор турбомолекулярного насоса способен по инерции вращаться еще 40—60 мин. Однако это не ведет к повреждению подшипников, имеющих текстолитовые сепараторы. Небольшой поток воды используется для охлаждения статорной обмотки электродвигателя и торцевых крышек, отделяющих подшипники от полости на выходе последнего форвакуумного диска насоса с тем, чтобы уменьшить в этой области давление паров масла. Основным остаточным газом является водород (массовое число 2). Кроме того, содержится небольшое количество паров воды (массовое число 18), смесь окиси углерода и азота (массовое число 28) и двуокиси углерода (массовое число 44). Таким образом, в остаточных газах тяжелые углеводородные соединения не обнаруживаются, и турбомолекулярные насосы с достаточным основанием считаются безмасляными средствами откачки, хотя в их форвакуумных полостях присутствуют пары масла, используемого для смазки подшипников насоса, и пары масла, попадающие туда из механического вакуумного насоса. Быстрота действия остается постоянной в широком диапазоне давлений – от 10-1 Па, когда начинает сказываться изменение режима течения газа через диски насоса, до 10-6 Па, когда на быстроту действия оказывает влияние водород, выделяющийся из насоса и перетекающий со стороны форвакуумной полости насоса. Предельное остаточное давление турбомолекулярных насосов составляет 10-8—10-7 Па. Достоинства турбомолекулярных насосов – быстрый запуск, малая селективность при откачке различных газов, отсутствие паров масла и продуктов его разложения в остаточной атмосфере, возможность получения сверхвысокого вакуума без использования ловушек на входе. Механизм насоса не повреждается при прорывах атмосферного воздуха. Все это обусловило их широкое применение во многих отраслях науки и промышленности.

При эксплуатации турбомолекулярных насосов необходимо контролировать поступление масла к подшипникам (для чего в насосе предусмотрены смотровые окна) и отсутствие шумов, появление которых свидетельствует об износе подшипников. Недопустима длительная выдержка остановленного турбомолекулярного насоса под форвакуумным давлением (ниже 10 Па), так как при этом пары масла могут проникнуть со стороны форвакуума через роторный механизм на сторону высокого вакуума.

Остановленный турбомолекулярный насос должен быть заполнен осушенным воздухом или азотом до атмосферного давления через кран, имеющийся в форвакуумном патрубке насоса. Небольшое количество паров масла, попавшее на вход турбомолекулярного насоса, обычно легко удаляется прогревом корпуса в области впускного патрубка до 100—120 °С при работающем турбомолекулярном насосе. Большую опасность для работы насоса представляет попадание в него твердых частиц. При наличии такой опасности во входном патрубке насоса должна быть установлена металлическая сетка с размерами ячейки 1 × 1 мм.

Эжектор

Эжектор (от фр. ejecteur, а оно, в свою очередь, от ejecter – «выбрасывать») – устройство, внутри которого осуществляется передача кинетической энергии от среды, которая движется с большей скоростью, к другой среде. При этом такая передача энергии осуществляется при смешении сред. Эжекторы нашли широкое применение в химической, а также в нефтеперерабатывающей промышленности, где они используются в качестве смесителей. Применяются эти струйные насосы с целью отсасывания газа, пара или жидкости.

Раздел 12. Измерительная техника. Метрология

Акселерометр

Акселерометр (от лат. accelero – «ускоряю» и греч. metreo – «измеряю») – прибор для измерения ускорений в транспортных наземных машинах различного назначения, а также в летательных аппаратах всех видов, в ракетах и др.

Акселерометр был изобретен в конце XIX в., предназначался для установки в автомобилях и паровозах с целью контроля за скоростью движения. На шкале этого прибора обязательно указывалась предельная величина ускорения (допустимая для данного транспортного средства) с красной отметкой. Это означало, что в случае превышения предельной величины ускорения может наступить разрушение двигателя автомобиля или паровоза, поэтому установка акселерометра обеспечивала безопасную эксплуатацию транспортных наземных средств. Впервые акселерометры были установлены в 1890-х гг. на автомобилях Форда, а затем на автомобилях «Мерседес-Бенц». С развитием паровозостроения в конце XIX – начале ХХ в. акселерометры стали устанавливаться и на паровозах. Первые акселерометры были тяжелыми и громоздкими, поэтому их конструкции постоянно совершенствовались.

В России акселерометры появились в комплектации с машинами Форда и «Мерседес-Бенц», а также с паровозами германского производства. Но зарубежные акселерометры в зимнее время, особенно в сильные российские морозы, быстро разрушались, поэтому на предприятиях транспортного машиностроения России стали разрабатываться улучшенные модели акселерометров в конструктивном плане, с подбором морозостойких материалов (в первую очередь стали и сплавов). Особое внимание уделялось данным приборам, предназначавшимся для комплектации военной транспортной техники и летательных аппаратов.

Акселерометры, предназначенные для комплектации военной транспортной техники и самолетов, изготавливались из специальных нержавеющих сталей и легких, но прочных сплавов, обеспечивающих безотказную работу в любых условиях и вибрационных нагрузках. В течение ХХ в. вместе с совершенствованием наземных транспортных средств всех видов, а также авиационной техники вносились определенные изменения и в конструкцию акселерометра. В Советском Союзе модернизацией акселерометров занимались специальные конструкторские бюро (СКБ), которые были созданы при оборонных машиностроительных предприятиях в 1940—1950-х гг. В результате к началу XXI в. было создано несколько разновидностей акселерометров.

Устройство акселерометра основано на принципе использования инерционной силы F, движущейся с ускорением массы (обобщение массы транспортного средства). В его корпусе подвешена определенная масса ограниченного объема, которая взаимодействует через пружины. При ускорении или замедлении корпуса (установленном на жестком креплении к каркасу транспортного средства) масса стремится сохранить свое первоначальное положение, т. е. соответственно «отстать» от корпуса или «опередить» его. Одна из пружин при этом сжимается, а масса совершает относительное перемещение в направлении, противоположном ускорению корпуса. Величина этого перемещения измеряется с помощью потенциометра и пересчитывается на величину ускорения. Для гашения колебаний массы внутри корпуса во время движения транспортного средства служит демпфер. В качестве элементов подвески используют листовые пружины (которые изготавливают из специальной пружинной стали марки 65Г или другой) и шарнирное соединение с корпусом.

Акселерометр по схеме представляет собой маятник со спиральной пружиной. Если в акселерометре по схеме относительное перемещение массы при линейной характеристике пружины пропорционально ускорению, то в маятниковом варианте акселерометра по схеме эта зависимость непропорциональная; но подобный маятниковый прибор характеризуется большой чувствительностью к незначительному ускорению. При малых углах отклонения массы зависимость между ускорением и угловым перемещением можно приближенно считать линейной, но с увеличением угла ошибка, обусловленная непропорциональностью, растет. Наличие бокового ускорения и, соответственно, сил инерции Fy) вызывает искажение результатов измерения ускорения, обусловливаемого силами Fx. Для того чтобы уравновесить момент силы Fу относительно точки подвеса, устанавливают параллельно два маятника, соединенных тягой.

Схема такого соединения представляет собой антипараллелограмм. Конструктивную разновидность антипараллелограмма с высшими парами представляет собой зубчатая пара. В тех случаях, когда необходимо измерить угловое ускорение, ротор устанавливают на оси в корпусе и соединяют со спиральной пружиной. Поворот ротора относительно корпуса при линейной характеристике пружины пропорционален угловому ускорению и измеряется с помощью потенциометра.

В современных транспортных средствах, а также самолетах и ракетах акселерометры связаны в единое целое с бортовыми компьютерами, которые анализируют измеренные величины ускорения и выдают соответствующие команды через исполнительные устройства двигателям с целью корректировки их работы в сторону усиления или уменьшения режима скоростей движения. (Примечание: антипараллелограммом в технике называется двухкривошипный механизм – шарнирный четырехзвенный механизм, в который входят два кривошипа. Такой механизм служит для передачи и преобразования вращательного движения в поступательное.) В настоящее время в России по заказу потребителей выпускают такие модели акселерометров, как: АМ-В10/ 0; АК-10МГ; АК-15МС и др.

Альтиметр

Альтиметр (от лат. altum – «высота» и metr – «метр») – то же, что и высотометр: прибор для определения высоты полета летательного аппарата. Впервые альтиметры были установлены на самолетах и дирижаблях в начале ХХ в.

Этот прибор имеет очень простое устройство и работает по принципу барометра. Если барометр установить на летательном аппарате, он также будет показывать изменение атмосферного давления с высотой при подъеме самолета или дирижабля на какую-либо высоту. Альтиметр является очень важным прибором, обеспечивающим безопасность полета самолета (или вертолета, планера, дирижабля) по всей трассе и особенно на глиссаде при посадке (глиссада – траектория полета самолета при снижении его перед посадкой на аэродромную полосу или летное поле). Выход из строя альтиметра по каким-либо причинам может привести к катастрофе летательного аппарата (самолета или вертолета) в условиях полета над холмистой или гористой местностью. Показания альтиметра обязательно «увязываются» с профилем рельефа местности, над которой осуществляется полет.

В период существования Советского Союза альтиметры изготавливались на авиационных заводах в больших количествах. В 1990-х гг. в связи с проведением новых экономических рыночных реформ выпуск этих приборов резко сократился (так же как и выпуск всех летательных аппаратов). В настоящее время российские заводы изготавливают альтиметры в небольших количествах, строго по заказам. Альтиметры, находящиеся в эксплуатации, периодически проходят проверку (или поверку – по терминологии метрологов) в специальных авиационных лабораториях. Альтиметры последних моделей имеют связь с бортовым компьютером, следящим за высотой и режимом полета по соответствующей трассе и глиссадам, а также со специальным самописцем (который ведет запись показаний альтиметра от взлета летательного аппарата до его посадки в пункте назначения). В настоящее время альтиметры изготавливают следующих моделей: АС-10, АВ-3, АП-20, АМК-10 и др.

Амперметр

Амперметр – прибор для измерения силы тока, широко применяется в энергетике, в различных отраслях промышленности, в службах сервиса по эксплуатации и ремонту бытовой электроаппаратуры и приборов. Амперметры были изобретены в середине XIX в. и сначала применялись в основном на объектах энергетики, а в начале ХХ в. они стали использоваться и в других отраслях промышленного производства. С середины ХХ в. амперметры начали широко применяться в службах сервиса и, в частности, в Советском Союзе: в ателье по ремонту радиоаппаратуры, телевизоров, бытовой электроники.

Наиболее широко амперметры применялись и применяются в настоящее время в энергетике (в частности, в системе электроснабжения жилых домов, предприятий социальной сферы, промышленных предприятий), электротехнической и электронной промышленности, в службах сервиса по обслуживанию эксплуатации и ремонту различной электроаппаратуры (в том числе, телевизоров, радиоприемников и т. д.) В первой половине ХХ в. широко применялся амперметр многодиапазонный, имевший несколько диапазонов измерения, которые путем ступенчатого переключения обеспечивают расширение диапазона измерения тока. Амперметры по простейшей схеме используются очень мало и редко – в ней предусмотрено переключение отдельных шунтирующих сопротивлений Rn1, Rn, Rn3; чаще всего применяются приборы, изготовленные по схеме с шунтом Аиртона.

Амперметр, изготовленный по схеме , имеет переходное сопротивление контакта Rii, которое оказывается последовательно включенным с низкоомным шунтом Rn, что приводит к погрешностям измерений. Амперметр многодиапазонный, имеющий схему с шунтом Аиртона, выполняет измерения силы тока с меньшими погрешностями благодаря исключению влияния остаточного переходного сопротивления контактов. Амперметр многодиапазонный используется как самостоятельно, так и в сочетании с другими электроизмерительными приборами, т. е. как составная часть комбинированного прибора. Кроме названного выше прибора, в энергетических системах и в электротехнической и электронной промышленности широко применяется амперметр электромагнитной системы для измерения силы тока на основе измерительного механизма электромагнитной системы, причем такой прибор в основном используется для измерения постоянного и эффективного значений силы переменного тока. Как показала многолетняя практика эксплуатации данных амперметров, для расширения диапазона измерений шунтирующие сопротивления непригодны; при измерениях на переменном токе оно достигается применением токового трансформатора. Возможность измерений в различных поддиапазонах обеспечивается выполнением нескольких выводов обмотки полесоздающей катушки. При этом изменяется распределение поля и, таким образом, для каждого поддиапазона требуется своя шкала. Амперметр электромагнитной системы имеет большую перегрузочную способность, потому что токовые перегрузки вызывают лишь насыщение сердечников. Характер шкалы (функционально квадратический) данного амперметра может изменяться в широких пределах (вплоть до линейного) путем выбора соответствующих форм катушки и сердечников. В связи с тем, что полное сопротивление измерительного механизма увеличивается с ростом частоты, применяют амперметр электромагнитной системы чаще всего в определенном (относительно низком) частотном диапазоне. Для обеспечения надежности работы такого амперметра выполняют экранирование от внешних электромагнитных полей. По сравнению с магнитоэлектрическими механизмами энергопотребление амперметров электромагнитной системы значительно выше, поэтому они используются преимущественно в силовой электротехнике.

Амперметры очень часто используются в электротехнике в сочетании с другими электроизмерительными приборами:

  1) при методе косвенного измерения сопротивления на постоянном или переменном токе и мощности (метод амперметра / вольтметра);

  2) при методе косвенного измерения параметров конденсаторов и катушек без сердечника, обладающих малыми потерями (метод амперметра / вольтметра / частотомера);

  3) при методе косвенных измерений параметров конденсаторов с потерями, катушек с сердечниками, реактивной мощности и коэффициента мощности (метод амперметра / вольтметр / вольтметра / частотомера / ваттметра). Амперметры в России изготавливаются по заказам потребителей таких марок: А-1,5/50; А-3/100 и др.

Анемометр

Анемометр (от греч. anemos – «ветер» и metr – «метр») – прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков в дымовых трубах крупных промышленных предприятий и электростанций, а также в больших каналах вентиляционных систем. Анемометры изготавливают четырех видов:

  1) крыльчатый – устанавливают в дымовых трубах и каналах вентиляционных систем для измерения скорости потока воздуха;

  2) чашечный – для определения средней (за определенный промежуток времени) скорости ветра;

  3) манометрический – для определения мгновенной скорости ветра;

  4) автоматический с сигнальным устройством – для определения опасных по совместному воздействию скорости и продолжительности порывов ветра и включения при этом соответствующих противоаварийных устройств (такие анемометры устанавливают на подъемных кранах – козловых, мостовых, башенных и др.).

В Советском Союзе анемометры изготавливались следующих марок: АК-25, АЧР-20, АМ-30, АА-5, ААС-30.

Анемометры, изготовленные во второй половине 1980-х гг. на советских предприятиях со Знаком качества СССР, находятся в эксплуатации до сих пор. Эти приборы периодически проходят проверку в специальных лабораториях Госстандарта России.

Погрешность измерения анемометров составляет от 0,05 до 0,1 м/с. У последних моделей анемометров предусмотрено подключение к локальной компьютерной сети диспетчерского пункта (модель ААС-К30).

Анероид

Анероид (от греч. а – приставка, означающая отсутствие, и neros – «вода», т. е. действующий без помощи жидкости), барометр анероид – прибор для измерений атмосферного давления. Приемной частью анероида служит металлическая коробка, внутри которой создано разрежение. При повышении давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину. Перемещение пружины передается стрелке, передвигающейся по шкале. Анероиды изготавливаются разных типов, в том числе:

  1) бытовые для наблюдения за измерением атмосферного давления при комнатной температуре;

  2) школьные, используемые в качестве учебного пособия;

  3) морские, устанавливаемые в пунктах управления судном, кораблем и др.

Чувствительность анероида до 10 Па. В настоящее время в России выпускают анероиды по заказам потребителей следующих типов: АББ-10/30; АБШ-10/20; АБМ-10-15.

Ареометр

Ареометр (от греч. araios – «неплотный», «жидкий» и metr – «метр») – простейший прибор для определения плотности жидкости, а также массовой или объемной концентрации какого-либо раствора (например, электролита в автомобильных аккумуляторах). Такие ареометры называют также денсиметрами.

Ареометры различают постоянной массы (денсиметры) и постоянного объема, которые применяются реже, но могут использоваться для определения плотности твердых тел. Ареометры широко используются на автомобильном транспорте, в различных химических гальванических производствах и др.

Арретир

Арретир (нем. Arretier, фр. arreter – «останавливать», «фиксировать») – устройство для закрепления чувствительного элемента средства измерений в нерабочем положении, применяемое обычно с целью предохранения чувствительного элемента от механических воздействий при транспортировании и установке. Иногда арретиры используют для гашения колебаний показывающей части какого-либо измерительного прибора (в частности, в лабораторных аналитических весах, в зеркальных гальванометрах).

Астролябия

Астролябия (средневеков. лат. astrolabium, от греч. astron – «звезда» и labe – «схватывание») – простейший угломерный прибор, служивший до XVIII в. для определения широты и долготы в астрономии. Астролябия широко использовалась мореплавателями и путешественниками в XVI—XVII вв. для определения своего местонахождения (на море и в пустынных безлюдных районах Азии и Африки). В современной астрономии применяется призменная астролябия.

Атомные часы

Атомные часы (другое название – квантовые часы) – устройство для измерения времени, содержащее кварцевый генератор, управляемый квантовым стандартом частоты. Роль маятника играют атомы. Ход атомных часов регулируется частотой излучения атомов при переходе с одного энергетического уровня на другой. Эта частота настолько стабильна (погрешность составляет всего лишь от 10-13 до 10-11), что атомные часы позволяют измерять время точнее, чем с использованием астрономических методов (допускают ошибку не более чем секунда за 100 лет). Атомные часы применяются в радионавигации для измерений расстояний от летательного аппарата (самолета, ракеты, вертолета) до наземной станции сравнением фазы сигнала, принятого с Земли, с фазой опорного сигнала бортового оборудования, в астрономической службе времени – для получения точного времени, необходимого при работах в области космонавтики, геофизики, геологии и иного, а также в качестве эталона частоты при физических исследованиях.

Астатический прибор

Астатический прибор – автоматический регулятор, поддерживающий одно и то же значение регулируемой величины при любом значении внешнего воздействия на систему регулирования. Астатические приборы широко применяются в различных автоматизированных системах, в частности на газовых магистралях при разработке газовых месторождений. В Советском Союзе астатические приборы были разработаны в специальных конструкторских бюро, в том числе в системе Министерства газовой промышленности во второй половине 1950-х гг.

Астатические приборы на газовых магистралях, расположенных в пределах месторождений природного газа, применяются совместно с другими приборами: манометрами, реле и др. Вся система приборов, включая астатический прибор, связана с локальной компьютерной сетью, у которой имеется выход на контрольно-диспетчерский пункт. Астатический прибор устанавливается обычно на газопроводе вблизи газодобывающего пункта, его назначение – поддержание давления газа на определенном уровне. Астатический прибор устанавливается также на нефтепроводах вблизи нефтедобывающих скважин и предназначен для регулирования давления нефти при подаче ее от скважины к специальной накопительной емкости. Астатический прибор для газо– и нефтедобывающих предприятий был впервые создан и применен в США в 1930-х гг., а во второй половине ХХ в. (в 1950—1960-х гг.) стал применяться в Советском Союзе: на нефтяных и газовых месторождениях Азербайджана, Татарстана, Башкирии, Западной Сибири. Астатический прибор, используемый в газопроводной системе, весьма существенно отличается от астатического прибора, применяемого на нефтяных месторождениях, из-за различия регулируемой среды – газа и вязкой густой жидкости – нефти. Астатические приборы также широко применяются на предприятиях газо– и нефтеперерабатывающей промышленности на внешних и внутренних трубопроводных системах. В 1980-х гг. в Советском Союзе рядом с астатическими приборами стали устанавливаться специальные видеокамеры слежения за их работой и состоянием окружающей среды, воздействующей на условия работы данного прибора (снежными заносами, сильными морозами, пыльными или песчаными бурями – в южных районах и др.).

Для предупреждения аварийных ситуаций с астатическим прибором непосредственно перед ним со стороны скважины и приемной емкости ставится запорная арматура в виде клапана с электродвигателем. Этот клапан перекрывает подачу нефти (или газа) к астатическому прибору при возникновении аварийной ситуации. Астатические приборы с 1960-х гг. стали применяться на многих предприятиях химической промышленности Советского Союза, соответственно, они имели определенные конструктивные особенности и выполнялись из химостойких материалов. Кроме того, астатические приборы, предназначенные для работы в условиях Крайнего Севера и Заполярья, изготавливались из морозостойких сталей и сплавов, выдерживающих отрицательные температуры до 70 °С и даже до 80 °С. Для южных районов Советского Союза астатические приборы выполнялись из сталей и сплавов, стойких к воздействию высоких положительных температур внешней среды в пределах от +50 до +70 °С.

В конце 1930-х гг. Советский Союз закупал астатические приборы в США и Германии, которые были компактными и легкими, но при эксплуатации в условиях значительного перепада температур в районах Западной Сибири и других районах СССР такие приборы быстро выходили из строя; поэтому специальными конструкторскими бюро были разработаны новые модели, более надежные, с большим запасом прочности.

В 1990-х гг. производство астатических приборов в России резко сократилось из-за развала Советского Союза и начала новых экономических и политических реформ. В результате нехватки таких очень важных приборов многие нефтяные скважины были законсервированы.

В настоящее время в России астатические приборы выпускаются по заказам потребителей таких марок, как АР-Г-10/30; АР-Н-15/50; АР-В-20/60 и др.

Аэромагнитометр

Аэромагнитометр – прибор для измерений геомагнитного поля с летательного аппарата.

В Советском Союзе в 1980-х гг. применяли аэромагнитометры феррозондовые, ядерные (протонные) с относительной погрешностью измерений геомагнитного поля от 10-4 до 10-5 и квантовые, имевшие относительную погрешность от 10-6 до 10-7. При выполнении измерений датчик аэромагнитометра размещался на крыле или в хвосте какого-либо летательного аппарата и защищался от его собственного магнитного поля автоматическими компенсаторами.

В тех случаях, когда измерения проводились с большой точностью, аэромагнитометр устанавливался в специальной гондоле, которая буксировалась на кабель-тросе в 30—50 м от самолета или вертолета.

Баллистический гальванометр

Баллистический гальванометр – специальная конструктивная форма гальванометра, применяемого для измерения параметров импульсов тока и напряжения (например, при заряде и разряде конденсаторов конденсаторы применяются в различных электрических цепях, по которым протекают переменные и импульсные токи; в зависимости от конструкции и назначения конденсаторы разделяются на три группы: постоянной емкости, полупеременные, т. е. подстроечные, и переменной емкости).

От обычных гальванометров он отличается тем, что масса и, следовательно, момент инерции подвижного органа баллистического гальванометра существенно увеличены при помощи дополнительного груза.

Баллистический гальванометр был изобретен в Германии в середине 1930-х гг. группой специалистов-электротехников на одном из военных заводов компании «IEG» и предназначался для выполнения измерений при заряде конденсаторов постоянной емкости (конденсаторы постоянной емкости применялись в те годы в различных радиотехнических устройствах, в том числе в радиолокационных системах, в электрических контурах, настроенных на фиксированную частоту, для сопряжения таких контуров, в элементах связи, для компенсации изменений параметров других элементов контура при колебаниях температуры, а также для блокировки и разделения цепей постоянного и переменного тока). Таким образом, баллистический гальванометр был очень важным средством измерений параметров импульсов тока и напряжения при изготовлении конденсаторов постоянной емкости на электротехнических заводах.

В Советском Союзе производство баллистических гальванометров было налажено в конце 1930-х – начале 1940-х гг. В те годы баллистические гальванометры на советских предприятиях также использовались в основном для соответствующих измерений при заряде конденсаторов постоянной емкости, предназначенных для комплектации радиоприемников (гражданского и военного назначения), радиолокационных станций, авиационной аппаратуры, различных систем радиоуправления на военных кораблях, гражданских судах и др.

Советская электротехническая промышленность постоянно увеличивала выпуск баллистических гальванометров в 1950—1960-е гг. в связи с ростом производства конденсаторов постоянной емкости, используемых в радиоприемниках, радиолах, радиостанциях, телевизорах (в телевизорах советского производства в те годы устанавливались электролитические конденсаторы постоянной емкости типа КЭ и ЭМ). В последующие годы ХХ в. (1970—1980-е гг.) во многих развитых странах мира, в том числе и в Советском Союзе, выпуск баллистических гальванометров постоянно сокращался из-за того, что производство электролитических конденсаторов значительно уменьшилось. Особенно резкое падение производства электротехнических изделий, в том числе конденсаторов и баллистических гальванометров, произошло на всех европейских предприятиях в 1990-х гг. в связи с развалом Советского Союза и началом экономических рыночных реформ.

В течение 1990-х гг. в России значительно увеличился импорт зарубежных электротехнических изделий (из Германии, Японии, Южной Кореи, Тайваня, Австрии, Швеции и других стран). В результате выпуск баллистических гальванометров в России к началу XXI в. сократился в сотни раз. Баллистический гальванометр применяется очень часто с веберметром при измерениях магнитного потока. В настоящее время в России баллистические гальванометры изготавливаются по заказу потребителей таких марок, как БГ3/4 – 50; БГ5/7 – 100; БГ6/9 – 120 и др.

Барометр

Барометр (от греч. baros – «тяжесть» и metr – «метр») – прибор для измерений атмосферного давления. Наиболее широко распространены жидкостные (ртутные) барометры, анероиды и гипсотермометры. В зависимости от формы сообщающихся сосудов ртутные барометры в XIX—XX вв. изготавливались чашечными, сифонными и сифонно-чашечными.

Действие ртутных барометров основано на уравновешивании атмосферного давления давлением ртутного столба, заключенного в барометрической трубке. Барометры имели чувствительность до Па. Такие барометры, а также барографы (самописцы) широко применялись в системе гидрометеорологической службы. В 1990-х гг. ртутные барометры почти повсеместно заменялись анероидами (которые не содержали ртуть).

Типы ртутных барометров:

  1) чашечный;

  2) сифонный;

  3) сифонно-чашечный.

Батитермограф

Батитермограф (см. также «Термобатиграф») (от греч. bathys – «глубокий») – гидрологический автоматический прибор, предназначенный для измерения и записи температуры воды, а также для взятия проб воды с различной глубины в реках, озерах, водохранилищах, морях и других водоемах. В данном приборе датчиком температуры служит термоманометрическая система, а датчиком глубины – герметизированный сильфон.

Запись температуры воды и глубины погружения осуществляется на стекле, покрытом специальным составом. Глубина погружения батитермографа до 200 м. Пределы измерений температуры от -2 до +30 °С. Этот прибор чаще всего называли термобатиграфом. Батитермограф широко применялся в 1980-х гг. в Советском Союзе в системе гидрометеослужбы, рыбного хозяйства, при гидрологических исследованиях.

В 1990-х гг. выпуск таких приборов в России резко сократился, поэтому во многих гидрологических службах используются батитермографы, выпущенные во второй половине 1980-х гг. со Знаком качества СССР.

Болометр

Болометр (от греч. bole – «бросок», «луч» и metr – «метр») – прибор для измерений энергии электромагнитного излучения (главным образом инфракрасного диапазона излучения). Работа болометра основана на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента в результате поглощения им энергии измеряемого излучения. Чувствительными элементами болометра служат тонкие (толщиной от 0,1 до 1 мкм) слои металла (никель, золото, висмут и др.), полупроводниковые материалы или тонкая проволока из сверхпроводника (так называемый сверхпроводящий болометр). Порог чувствительности болометра составляет порядка 10 пВт. Болометры широко применялись в 1980-х гг. в Советском Союзе в различных отраслях народного хозяйства, а также при выполнении астрономических наблюдений. В 1990-х гг. выпуск этих приборов резко сократился, поэтому в настоящее время в ряде мест используются болометры, изготовленные на советских предприятиях во второй половине 1980-х гг., со Знаком качества СССР.

Буссоль

Буссоль (от фр. boussole) – оптикомеханический прибор для измерений горизонтальных углов между магнитным меридианом и направлением на какой-либо предмет (магнитных азимутов, румбов направлений и т. д.) Буссоль широко применялась и применяется во многих странах, в том числе в Советском Союзе и России, при геодезических и топографических работах для получения планов местности, выполнения топографической привязки позиций и пунктов, для ориентирования артиллерийских орудий в направлении цели и др. Выпуск буссолей в 1990-х гг. в России резко сократился, поэтому во многих организациях (геодезических и топографических) используются такие приборы, изготовленные во второй половине 1980-х гг. на советских предприятиях со Знаком качества СССР.

Бутирометр

Бутирометр (от греч. butyron – «масло» и metr – «метр») – простейший прибор для определения жирности молока. Наиболее распространенный бутирометр – стеклянный цилиндрический сосуд с делениями. Цена деления у этого прибора составляет 0,1% жира в молоке. Для того чтобы определить жирность молока, в бутирометр вливают 11 см3 молока, 10 см3 серной кислоты и 1 см3 амилового спирта, закрывают каучуковой пробкой и взбалтывают, при этом составные части молока, кроме жира, растворяются Для лучшего отделения жира бутирометр помещают в центрифугу и включают на несколько минут (не более 10 мин). После этого фиксируют содержание жира в молоке в граммах и затем переводят в проценты.

Вакуумметр

Вакуумметр (от греч. vacuum – «пустота») – вакуумный манометр – прибор для измерения полного давления разреженных газов. По принципу действия вакуумметры подразделяются на жидкостные (U-образные, компрессионные) механические (грузопоршневые, деформационные), тепловые (термопарные, терморезисторные, термочастотные), ионизационные (электронные, магнитные электроразрядные, радиоизотопные), вязкостные.

Диапазоны рабочих давлений у перечисленных выше вакуумметров разные: у жидкостных от 105 до 10-3 Па; у механических от 104 до 10-3 Па; у тепловых от 103 до 10-2 Па; у ионизационных от 105 до 10-1 Па; у электронных от 10 до 10-11 Па; у магнитных электроразрядных от 10 до 10-1 Па, у радиоизотопных от 105 до 10-3 Па. Изобретение различных вакуумметров было связано с развитием в течение ХХ в. производства:

  1) вакуумных приборов (радиоламп, генераторных ламп, ламп накаливания общего применения, кинескопов и др.);

  2) вакуумных конденсаторов (применяются в авиационной и космической радиоаппаратуре на частотах от 1 до 100 МГц);

  3) форвакуумных насосов (поршневых, золотниковых, пластинчатороторных и др.);

  4) высоковакуумных насосов (диффузионных, турбомолекулярных и др.);

  5) сверхвысоковакуумных насосов (криогенных, магнитных, электроразрядных и др.);

  6) компрессоров всех видов (для: строительных работ, железнодорожного транспорта, авиационной техники, морских судов и др.).

В течение ХХ в. вакуумметры постоянно модернизировались, а также создавались совершенно новые модели, причем очень сложные в конструктивном плане и по принципу работы. Если в начале ХХ в. преобладали вакуумметры поршневые, то в конце ХХ в. – высоковакуумные, компрессионные электронные. Выпуск вакуумметров в Советском Союзе всех видов был максимальным в 1970—1980-х гг., а в 1990-х гг. произошло резкое падение их производства, обусловленное широкомасштабной конверсией (т. е. сокращением выпуска военной техники всех видов) и новыми экономическими рыночными реформами. В настоящее время на многих предприятиях России в эксплуатации находятся вакуумметры, изготовленные советскими предприятиями во второй половине 1980-х гг. со Знаком качества СССР. Такие приборы проходят периодическую проверку (или поверку) в специальных лабораториях метрологической службы России. Новые модели вакуумметров изготавливаются строго по заказам потребителей.

Вариометр

Вариометр (от лат. vario – «изменяю»). Вариометры в больших количествах и различных видов производились в Советском Союзе в 1970—1980-х гг. Вариометры подразделяются на следующие виды:

  1) авиационные – пилотажно-навигационные приборы для измерения скорости подъема и спуска (т. е. снижения при посадке на аэродром или летное поле), указания горизонтальности полета летательного аппарата любого вида. В данном случае вариометр измеряет разность давлений воздуха в атмосфере и внутри корпуса прибора, сообщающегося с атмосферой капиллярной трубкой. Эта разность давлений возникает при изменении высоты полета и исчезает, когда летательный аппарат летит на постоянной высоте;

  2) вариометры гравитационные – приборы, служащие для измерения изменения ускорения свободного падения в горизонтальном и вертикальном направлениях и для измерений кривизны поверхностей равного потенциала силы тяжести. Такие приборы применяются в сейсмологии и гравиметрии;

  3) вариометры магнитные – приборы для измерения изменений магнитного поля во времени – магнитных вариаций. При этом измеряются вариации либо полного вектора напряженности геомагнитного поля, либо вертикальных и горизонтальных составляющих этого вектора и одновременно магнитного склонения (т. е. угол между астрономическим и магнитным меридианами). Различают вариометры стационарные (установленные в специальных магнитных обсерваториях) и полевые (используемые при измерениях магнитных полей в сочетании с другим прибором – веберметром);

  4) вариометры радиотехнические – приборы для плавного изменения индуктивности (т. е. так называемой взаимной индуктивности) изменением положения двух катушек индуктивности.

В 1990-х гг. в России производство вариометров резко сократилось в связи с крупномасштабной конверсией, падением производства во многих отраслях промышленности. В настоящее время во многих местах России эксплуатируются вариометры, изготовленные на советских предприятиях во второй половине 1980-х гг., со Знаком качества СССР. В последние годы вариометры всех видов изготавливаются строго по заказам потребителей.

Варметр

Варметр – прибор для измерений реактивной электрической мощности:

Q = Ui sin φ,

где φ – угол сдвига фаз между векторами электрического напряжения U и тока i. Наиболее распространены ферродинамические варметры. Шкала прибора градуируется в вар; диапазон измерений от 75 вар и выше.

Ватерпас

Ватерпас (от голл. waterpas) – простейший прибор для проверки горизонтальности и измерений небольших углов наклона при земляных, плотничных и других работах. Ватерпас имеет несложное устройство – состоит из бруска (деревянного) и вертикальной стойки, к которой прикреплен отвес. В тех случаях, когда необходимо выполнить точные измерения, применяют уровень строительный.

Ваттметр

Ваттметр – средство измерения мощности электрического тока. В основу большинства ваттметров положены электродинамические измерительные механизмы. Ваттметры устанавливаются в электрических силовых щитах на электростанциях, а также в электрических самопишущих приборах.

Ваттметр – измеритель мощности электрического тока.

Ваттметры были изобретены в середине 1990-х гг. в Англии и Германии. На российских электростанциях ваттметры стали устанавливаться в конце 1890-х гг. (германского производства). С развитием энергетики и крупного промышленного производства происходил рост выпуска ваттметров различной модификации в наиболее развитых странах мира в первой половине ХХ в. В Советском Союзе производство ваттметров для комплектации электростанций и крупных промышленных предприятий (потребляющих в больших объемах электрическую энергию) началось в середине 1930-х гг. при содействии германских и американских фирм. Во второй половине ХХ в. (до 1990-х гг.) предприятиями Советского Союза выпускались ваттметры нескольких модификаций.

  1. Для измерения реактивной мощности электрического тока методом одного ваттметра. Этот метод заключается в непосредственном измерении реактивной мощности в симметрично нагруженной трехфазной сети с нулевым проводом и без него.

В трехфазной сети при симметричной нагрузке реактивная мощность во всех фазах одинакова. Поэтому возможно использование одного ваттметра, подключенного таким способом, что токовая цепь включается в одну фазу, а цепь напряжения подключается к двум другим.

При этом обеспечивается необходимый для измерения фазовый сдвиг, имеющий место в трехфазной сети, т. е. сдвиг фазы в 90° – между фазным и линейным напряжением. Чтобы получить суммарную (общую) величину реактивной мощности электрической трехфазной системы, показание ваттметра умножают на 3. Электродинамический измерительный механизм ваттметра формирует показания как результат взаимодействия двух токов с учетом сдвига фаз между ними. Если через неподвижную катушку данного прибора, выполненную из толстого провода, протекает ток нагрузки (токовая цепь), а подвижная катушка (с дополнительным сопротивлением или без него) так подключена к цепи напряжения, что протекающий через катушку ток пропорционален этому напряжению, то показание ваттметра пропорционально активной мощности: α ≈ Ui cos φ. В специальных cхемах электродинамические ваттметры применяют и как измерители реактивной мощности и реже – для измерения полной мощности электрического тока. Перегрузка измерительного механизма ваттметра может возникнуть в некоторых случаях еще на подходе указателя прибора к конечному значению шкалы, потому что показания зависят от коэффициента мощности.

  2. Ваттметр многоэлементный – является измерителем мощности электрического тока, включает в себя два или три механически связанных измерительных механизма.

У такого прибора вращающие моменты измерительных механизмов, создаваемые измеряемой величиной электрического тока, воздействуют на общую ось. Результирующий момент соответствует суммарной мощности, значение которой считывается по шкале. Ваттметр многоэлементный не имеет универсального применения и предназначен для определенного типа электрических цепей.

  3. Ваттметр с самокорректировкой – прибор с корректирующей обмоткой, предназначенной для исключения погрешности, которая возникает в зависимости от схемы подключения ваттметра вследствие отбора прибором мощности из измеряемой электрической цепи.

В данном приборе имеется вторая неподвижная токовая корректирующая катушка, через которую протекает ток из цепи напряжения iGU, что позволяет скомпенсировать соответствующую составляющую магнитного поля. При отказе (или отключении) самокоррекции вторую токовую катушку используют в некоторых случаях для расширения диапазона измерений.

Производство ваттметров в Советском Союзе росло непрерывно в период 1960—1980-х гг., а с началом новых экономических рыночных реформ в 1990-х гг. их выпуск резко сократился. На многих предприятиях энергетики и промышленности России даже в начале XXI в. используются ваттметры различных модификаций, выпущенные во второй половине 1980-х гг. и имеющие Знак качества СССР. Такие ваттметры обычно проходят положенные по инструкции на эти электроизмерительные приборы поверки в специальных метрологических лабораториях. В России ваттметры изготавливаются по заказам таких марок: В-10/150, В-20/300 и др.

Веберметр

Веберметр (другое название – флюксметр) – прибор для измерения магнитного потока. Веберметр состоит из измерительной катушки с известным числом витков и известной площадью намотки (площадью поперечной поверхности) и подключенного к ней баллистического гальванометра. Отклонение указателя баллистического гальванометра пропорционально магнитному полю, пронизывающему катушку. Значение магнитного потока получают путем деления показания баллистического гальванометра на площадь сечения катушки. Магнитные величины тесно связаны с электрическими величинами, поэтому во многих случаях измерение магнитных величин осуществляется электрическими средствами измерений. В частности, к веберметру подключают осциллограф для получения изображения гистерезисных характеристик потока магнитного поля. Веберметр (или флюксметр) был изобретен в начале 1950-х гг. американским ученым Джозефом Вебером для измерения величин магнитных потоков в различных электрических установках, где установлены постоянные или переменные магниты, в которых магнитное поле формируется под воздействием электрического тока. Переменные магниты, в частности, устанавливаются на мостовых или козловых кранах с целью подъема и загрузки черного металлолома небольших размеров в полувагоны МПС (или мелких металлоизделий на складах промышленных предприятий). Веберметром чаще всего делают замеры величин магнитного поля в зоне крупных металлических трубопроводов, проложенных в меридиональном направлении – с юга на север. В таких трубопроводах возникают магнитные поля под воздействием магнитных силовых потоков Земли (т. е. возбуждаются естественным магнитным полем планеты). Сильные магнитные потоки в нижних слоях атмосферы Земли очень часто возникают после мощных вспышек на Солнце с последующим развитием магнитных бурь не только в магнитосфере планеты, но и в приземных слоях. Такие магнитные бури, в свою очередь, порождают магнитные поля вокруг силовых электроустановок и нарушают режим их работы вплоть до возникновения аварийных ситуаций на подстанциях и в распределительной системе энергообеспечения крупных промышленных предприятий и целых городов. В таких случаях по показаниям веберметров принимают соответствующие меры по обеспечению защиты электроустановок.

Веберметры в комплексе с баллистическими гальванометрами обычно устанавливаются в специальных автомобильных электролабораториях при необходимости выполнения измерений магнитных потоков на больших площадях: в зонах электростанций, электрораспределительных подстанций, а также вдоль магистральных трубопроводов (газовых и нефтяных в первую очередь). Такие измерения с помощью веберметров делаются для того, чтобы выявить так называемые блуждающие токи, вызывающие серьезные последствия в виде коррозии металлических конструкций. Веберметры различных модификаций выпускались специализированными предприятиями в Советском Союзе в 1960—1980-х гг., в 1990-х гг. их производство резко сократилось из-за начавшихся новых экономических рыночных реформ в Российской Федерации.

В настоящее время (2007 г.) в эксплуатации на многих предприятиях России находятся веберметры, изготовленные в 1980-х гг., со Знаком качества СССР. В России в настоящее время выпускаются веберметры по заказам таких марок, как ВБГ-3/4-70; ВБГ-10/30-100 и др.

Векторметр

Векторметр – прибор для измерений составляющих вектора напряжения (или силы тока), активных и реактивных составляющих полных электрических сопротивлений и др. Векторметр состоит из фазочувствительной выпрямительной цепи, управляемой напряжением с выхода фазорегулятора (т. е. напряжением коммутации), выходного магнитоэлектрического измерительного прибора. Фазу вектора напряжения коммутации измеряют при необходимости в пределах от 0 до 360 °С.

Весы

Весы – устройство или прибор, определяющие массу тела по силе тяжести, действующей на него. Весы имеют различные габариты и конструкцию в зависимости от их назначения. Основные характеристики весов всех типов – это предельная нагрузка, которую они способны выдержать, сохраняя свои метрологические свойства; цена деления – масса; предел допускаемой погрешности взвешивания (определяется разницей между настоящей массой взвешиваемого тела и результатом одного взвешивания); допустимая вариация показаний при взвешивании одного тела несколько раз. По назначению весы бывают аналитические, метрологические, медицинские, автомобильные, вагонные, бытовые, крутильные. Диапазон их предельной нагрузки очень широк и составляет от нескольких граммом до нескольких десятков тонн.

Весы – прибор, работа которого основана на сопоставлении гравитационной силы, действующей на взвешиваемый предмет, с гравитационной силой, действующей на эталонную массу, или с определенной силой упругости пружины, с электромагнитной силой и т. д. Весы служат для измерения веса или массы каких-либо изделий. При использовании силы пружины в весах вносится погрешность, обусловленная различием ускорения свободного падения в различных точках околоземного пространства. В зависимости от устройства для сопоставления сил при взвешивании различают весы рычажные, пружинные, электрические, гидравлические и др. По сфере применения весы подразделяются на торговые, лабораторные, медицинские (аптечные, лабораторные, для больниц, поликлиник).

Рычажные весы – одни из самых распространенных, они используются в различных сферах. Их принципиальная конструкция включает: коромысло, чашку для груза, гири, противовес, проекционную шкалу, устройство для коррекции нуля, экран. Такие весы могут быть и равноплечими, т. е. точка их опоры располагается в середине коромысла, и неравноплечими, когда эта точка смещена. Опоры рычагов – это призмы из камня. Принцип их работы основан на уравновешивании гирями взвешиваемого тела. Такие рычажные весы различных модификаций используются в торговле, на транспорте, в лабораториях. Некоторые аналитические лабораторные весы имеют устройства для повышенной точности и скорости работы: это ускорители колебаний чашек, тепловые экраны, автоматика для использования встроенных гирь во время уравновешивания, проекционные шкалы, расширяющие диапазон измерений даже при незначительных отклонениях коромысла.

Наиболее быстродействующие – квадрантные весы с особенной конструкцией коромысла. Его центр тяжести находится ниже оси вращения. Такие разнообразные по назначению весы, как технические, лабораторные, медицинские, транспортные, имеют, как правило, рычажное устройство.

Пружинные весы используются для определения веса тела, но не массы. Принципиальная конструкция пружинных весов состоит из равноплечего рычага, опорной и грузоподъемных призм, стоек, квадранта, шкалы, стрелки.

Принцип их действия основан на деформации пружины под действием веса тела. Пружина может быть плоской или цилиндрической. С пружиной соединен указатель, перемещающийся вдоль шкалы, на которой показывается вес тела. Указатель возвращается в нулевое положение после того, как взвешиваемый груз сняли. На показания пружинных весов влияют географическая широта и высота над уровнем моря и температурный режим вокруг них. Как правило, пружинные весы используются в торговле.

Крутильные весы. Их принципиальная конструкция состоит из рычага, перемещающего нагрузку, спиральных пружин, магнитного успокоителя, шкалы, стрелки. Принцип их действия основан на деформации нити пружины. Нагрузка – вес тела – создает крутильный момент, который и закручивает нить спиральной пружины.

Электротензометрические весы – это вагонные, автомобильные весы, взвешивающие большегрузные тела. Принцип действия этих весов состоит в деформации их упругих элементов под действием груза, которая изменяет электрическое сопротивление.

Гидростатические весы. Принцип их действия заключается во взвешивании тела дважды. Первый раз тело взвешивают в воздухе, второй раз – в жидкости с известной плотностью. Сначала узнают массу тела и по разности двух измерений – объем тела и определяют его плотность. Гидростатические весы используются для определения плотности тел.

Гидравлические весы оборудованы специальным манометром, показывающим массу взвешиваемого тела. Дальнейшее усовершенствование конструкций весов различных модификаций направлено на улучшение их основных характеристик: скорости взвешивания, увеличения предельной нагрузки, т. е. массы взвешиваемого груза, точности взвешивания, сокращение допустимой разницы показаний.

Весы были известны человечеству с самых древних времен. Их изобретение и создание диктовались развитием торговли, науки, производства. В Древнем Египте 2000 лет до н. э. пользовались очень простым весовым устройством, представлявшим собой коромысло с одинаковыми плечами, на которых подвешивали чашки. В одной чашке помещали взвешиваемый груз, в другой – декоративные гири, различающиеся по объему и массе. В IV в. до н. э. были изобретены весы с неравными плечами, но с передвижной гирей. В XII в. появились очень высокоточные весы с чашками, их использовали для определения плотности различных сплавов. В 1747 г. Л. Эйлер сформулировал весовую теорию. В начале XIX в. потребности развивающейся промышленности привели к изобретению различных весов, рассчитанных на большие нагрузки. В 1818 г. десятичные весы создал ученый Квинтенц, в 1831 г. сотенные весы изобрел В. Фербенкс.

Весы – самый распространенный измерительный прибор, известный с незапамятных времен, широко применявшийся не только в торговле, но и во многих отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, а также в фармацевтической, химической промышленности, в аптечной сети и медицинских учреждениях и др. В Советском Союзе производство весов всех видов и типов было хорошо налажено, особенно в 1960—1980-х гг., в 1990-х гг. их выпуск резко сократился, а некоторые виды весов вообще перестали выпускать. В указанные годы ХХ в. в Советском Союзе для лабораторий всех видов и аптек выпускались три типа весов: весы технические аптечные, весы равноплечные ручные и весы торсионные.

Особо точные весы используются для научно-исследовательской работы. Поэтому диапазон предельной нагрузки взвешиваемого тела очень широк, так как на весах взвешивают и зерна, и самолеты.

Весы технические аптечные ВА-1 изготавливались предприятиями СССР для лабораторий всех видов (химических и промышленных предприятий, сельского хозяйства и др.) и аптек, предназначались для измерения массы до кг. Такие весы представляли собой установленное на опоре-стойке коромысло с чашками, имели погрешность измерения ±50 мг (0,05 г); масса самих весов составляла 3,4 кг, а габариты 490 × 170 × 455 мм. Весы равноплечные ручные выпускались в СССР четырех типоразмеров: ВР-1; ВР-5; ВР-10 и ВР-100. Цифра в шифре весов означала максимальную взвешиваемую массу в граммах. Нижний предел измерений (т. е. чувствительность) составляла соответственно 0,0 ; 0,1; 1,0 и 5,0 г. Данные весы предназначались в основном для взвешивания медикаментов, но также использовались в некоторых лабораториях химических производств и сельского хозяйства. Весы торсионные ВТ-500 изготавливались предприятиями СССР также для лабораторий медучреждений и аптечной сети, предназначались для взвешивания малых масс – до 0,5 г (500 мг) с погрешностью не более мг, что соответствует одному делению шкалы. Чашечка весов ВТ-500 закрыта специальным прозрачным кожухом. Комплектовались такие весы запасной чашечкой и двумя контрольными грузиками – 500 мг и 50 мг в футляре (эти грузики служили для проверки весов на точность измерения). Масса весов ВТ-500 составляла 4 кг, а габариты 76 × 19 × 48 мм. Советскими предприятиями изготавливались для различных медучреждений весы медицинские, предназначавшиеся для определения массы тела человека:

  1) в положении стоя (для взрослых и подростков);

  2) в положении лежа (для грудных детей).

Весы медицинские:

  1) для взрослых и подростков состояли из платформы со стойкой, имели две шкалы – грубой и точной установки с точностью измерения 10 г;

  2) для грудных детей имели корытообразное ложе и рычажную систему взвешивания с двумя шкалами – грубой и точной установки с точностью измерения ±10 г.

Для медицинских и промышленных учреждений в СССР в 1960—1990 гг. выпускались также специальные весы лабораторные аналитические марки ВЛА-10. В 1990-х гг. выпуск весов всех типов и видов в России весьма значительно сократился, а некоторые виды весов вообще прекратили изготавливать в связи с началом новых экономических реформ. В некоторых провинциальных медучреждениях, лабораториях и аптеках и в начале ХХI в. находились в эксплуатации весы, изготовленные во второй половине 1980-х гг., со Знаком качества СССР. Такие весы проходят периодический контроль в специальных лабораториях Госстандарта России (т. е. в метрологических лабораториях, имеющих соответствующие лицензии).

В 1990-х гг. некоторые предприятия России стали выпускать электронные высокоточные весы по заказам медучреждений, фармацевтических предприятий, лабораторий, различных промышленных предприятий. Кроме того, много различных электронных весов завозится в Россию по импорту (из Японии, Китая, ФРГ и др.). Новейшие модели электронных весов для торговли, лабораторий, медучреждений, аптек и иных потребителей выпускает старейший завод в России, в г. Москве. Из Южной Кореи в Россию завозятся электронные весы: лабораторные (марки CUX и CUW), ювелирные (марка MWP), весы торговые (марки LP-II, LP-R ver.1,6; ER, EP, AP), весы универсальные (марки SW; PW; AD(H); MW), весы складские товарные (марки DL, BW, DB-H). В настоящее время российские производители изготавливают весы по заказам потребителей не только электронные, но и простые механические, в том числе автомобильные, железнодорожные, крановые и др.

Наибольшим спросом у потребителей пользуются весы таких марок, как ВРО4МС-1МТ, ВРНЦ-3,-6,-10; ВТ 150; РН-6Ц13УМ; «Штрих-МП» – 60-20АГ1 образца 2006 г. и др. В последних моделях электронных весов российского производства имеется встроенный аккумулятор, что обеспечивает их защиту в случае аварийного отключения энергоснабжения.

Виброграф

Виброграф (от лат. uibro – «колеблюсь» и греч. grapho – «пишу») – прибор для измерения и записи смещений колеблющихся (вибрирующих) механизмов, устройств, приборов, оборудования, машин транспортных, самолетов, ракет.

Данный прибор в первом варианте имеет щуп, прикладываемый к объекту, колебания которого измеряют, пружину, поджимающую щуп, и рычаг. При выполнении измерений колебания щупа передаются на рычаг и записываются на движущейся ленте.

Во втором варианте виброграф имеет щуп, установленный на качающемся рычаге. Измеряемые смещения объекта через стержень передаются третьему рычагу – пишущему.

В третьем варианте виброграф устанавливают непосредственно на измеряемом объекте, колебания которого измеряют с помощью таких составных элементов прибора, как маятник, передаточный механизм, пишущий рычаг.

Измерения выполняются следующим образом: колебания объекта вызывают колебания маятника прибора, который соединен с корпусом прибора спиральной пружиной. Колебания маятника через передаточный механизм, включающий в себя два рычага, передаются пишущему рычагу, прижимаемому к ленте пружины.

Кинематические пары передаточного механизма и шарнир пишущего рычага имеют конусные элементы. В четвертом варианте виброграф также устанавливается непосредственно на измеряемый объект. В этом случае прибор имеет маятник, подвешенный на упругой опоре, его колебания демпферуются успокоителем. С корпусом прибора маятник соединен пружиной, натяжение которой регулируется специальным устройством. Измеряемые колебания объекта через тягу передаются валику с зеркальцем. Луч источника света отражается от зеркальца, проходит через специальную оптическую систему и записывается на подвижной ленте. В конце 1990-х гг. вибрографы при выполнении ответственных измерений (самолетов, ракет и др.) стали подключаться к локальной компьютерной сети с принтерным устройством.

Интерферометр – прибор, предназначенный для измерения размеров и отклонений от плоскопараллельности концевых мер длины во время их изготовления и поверки (т. е. проверки на соответствие эталонным образцам). Детали машин и инструментов измеряют на интерферометрах в исключительных случаях, если сам допуск на размер детали имеет величину в пределах долей микрометра. Особенностью применения интерферометров является то, что в связи с особо высокой точностью измерения погрешности из-за температурных деформаций становятся наиболее ощутимы по сравнению с допусками на изготовление деталей, и процесс измерения приходится выполнять в помещениях со строго соблюдаемой температурой +20 °С.

Кроме того, на самом интерферометре установлен специальный теплоизоляционный экран, защищающий измеряемые изделия от теплоты, приносимой дыханием оператора-исполнителя. В Советском Союзе интерферометры стали выпускаться промышленностью в начале 1950-х гг., а в 1957 г. был утвержден ГОСТ 8 90-57. По этому ГОСТу промышленностью стали изготавливаться интерферометры контактные марок ИКПВ и ИКПГ в виде трубки на вертикальной (ИКПВ) и горизонтальной (ИКПГ) станине. Первый имел пределы измерений до 150 мм, а у второго (ИКПГ) предел измерения длины составлял 500 мм, а диаметров – 50 мм. В указанных приборах при подъеме измерительного стержня с зеркалом вдоль шкалы перемещалась система интерференционных полос, средняя из которых (черная полоса) служила указателем. Ход лучей в таких интерферометрах был подобен ходу лучей в интерференционном компараторе. Наклоном второго зеркала изменялся угол клина между ним и мнимым изображением первого зеркала, а тем самым – и расстояние между полосами, определяющее цену деления, изменяемую от 0,05 до 0,1 мк. В начале 1980-х гг. в Советском Союзе стали выпускаться интерферометры лазерные, т. е. с оптическим квантовым генератором (газовым гелий-неоновым). Лазер в интерферометре удобен тем, что он создает узконаправленные пучки лучей света большой мощности. Преимуществом оптической схемы лазерного интерферометра является создание четырехкратного прохождения светового пучка в измерительном пути, что увеличивает в 2 раза преобразование по сравнению с обычными интерферометрами.

Лазерный интерферометр ИПЛ-7 состоит из:

  1) лазерного измерителя, расположенного на кронштейне основания;

  2) трехгранной призмы;

  3) табло цифровой индикации;

  4) окна (расположенного против табло цифровой индикации);

  5) упора (до упора перемещают трехгранную призму при выполнении измерения).

Основные параметры лазерного интерферометра ИПЛ-7:

  1) измеряет перемещение до нескольких десятков метров;

  2) наименьшая величина отсчета по табло цифрового индикатора = 0,1 мкм;

  3) погрешность измерения = ±0,2 мкм.

Измерения данным прибором ИПЛ-7 производятся следующим образом: лазерный измеритель, расположенный на кронштейне основания, посылает луч в трехгранную призму, прижатую к измеряемой детали. Затем луч, отраженный от призмы, возвращается в измеритель и, преобразованный оптической схемой, приходит на табло цифровой индикации, где показание читает оператор-наблюдатель через небольшое окно. Это показание соответствует первому положению призмы.

После этого убирают деталь и трехгранную призму перемещают до упора. Теперь луч из лазерного измерителя проходит втрое большее расстояние до трехгранной призмы, и по табло цифровой индикации будет виден второй отсчет. Разность отсчетов и составит величину линейного перемещения трехгранной призмы, а это и будет размером измеряемой детали.

На некоторых машиностроительных предприятиях России в настоящее время используются обычные вертикальные интерферометры, изготовленные еще на советских предприятиях во второй половине 1980-х гг., со Знаком качества СССР. Такой интерферометр состоит из отсчетной измерительной головки-трубки интерферометра и стойки типа С-I. Трубка интерферометра является одной из самых высокоточных измерительных головок, изготавливаемых для измерений линейных размеров в промышленности. В этой трубке используется явление двулучевой интерференции (т. е. сложение волн света). Свет в данном приборе идет от осветителя через конденсатор в угловой корпус, в котором расположена система стекол. Пройдя через них, свет разделяется на два потока, волны которых складываются и образуют картину интерференции в виде ряда разноцветных полос, напоминающих спектр. Одно из стекол вертикального интерферометра укреплено на верхнем торце измерительного стержня трубки. При перемещении стержня со своим стеклом картина интерференции перемещается в поле зрения окуляра трубки. В середине картины имеется черная полоса, которую используют как стрелку-указатель. Перед окуляром в трубке расположена переставная шкала, состоящая из ±50 делений с нулевым штрихом в середине. В поле зрения легко отсчитывать перемещения черной полосы по делениям шкалы. Основные параметры вертикального интерферометра: диапазон измерения от 0 до 150 мм, значение цены деления шкалы можно настраивать на требуемую величину, но наиболее используемые цены деления 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 мкм.

Вискозиметр

Вискозиметр (от позднелат. viscosus – «вязкий») – прибор для измерения вязкости.

Вискозиметры подразделяются на:

  1) капиллярные (в таких приборах определяется время протекания известного количества жидкости через узкие трубки);

  2) шариковые (в этих вискозиметрах определяется время прохождения падающим шариком промежутков между метками на трубке);

  3) ротационные (в данных приборах измеряются крутящий момент или угловая скорость одного из двух соосных тел, в зазоре между которыми находится испытываемая жидкость);

  4) ультразвуковые (в таких вискозиметрах измеряется скорость затухания колебаний магнитострикционного материала, помещенного в исследуемую жидкость).

Вискозиметр для измерения вязкости каких-либо густых жидкостей (например, красок, покрасочных колеров и составов) в условных единицах представляет собой сосуд с калиброванной сточной трубкой, при этом вязкость оценивается по времени истечения определенного объема жидкости. В лакокрасочных производствах применяются вискозиметры ВЗ-1 или ВЗ-4, имеющие калиброванное сопло.

Для материалов с условной вязкостью от 1 до 0 с используют вискозиметр В3-4, у которого диаметр сопла 4 мм (у вискозиметра В3-1 диаметр калибровочного сопла составляет 5,4 мм). Во время выполнения измерений под сопло помещают сосуд вместимостью не менее 110 см3. Затем отверстие сопла снизу закрывают, а в цилиндрический резервуар прибора наливают жидкость, далее открывают отверстие сопла и одновременно с появлением жидкости из сопла включают секундомер. В момент первого прерывания струи жидкости секундомер останавливают и отсчитывают время истечения с погрешностью не более 0,2 с.

Влагомер

Влагомер – прибор для определения влажности:

  1) древесины (в том числе различных пиломатериалов из древесины);

  2) текстильного волокна;

  3) зерна всех видов;

  4) пищевых продуктов;

  5) нефти и нефтепродуктов и др. Влажность воздуха обычно измеряют гигрометрами и психрометрами. Для измерений влажности жидкостей (например, нефти и нефтепродуктов) применяют влагомеры, действие которых основано на зависимости электрической проходимости жидкости от ее влажности, на определении диэлектрической проницаемости или диэлектрических потерь в жидкости. Для измерений влажности твердых тел используют емкостные, кондуктометрические, радиоизотопные влагомеры. Кроме того, в некоторых отраслях оборонной промышленности используются влагомеры, работа которых при соответствующих измерениях основана на измерении ядерного магнитного резонанса.

Вольтметр

Вольтметр – средство измерений для определения электрического напряжения. При измерении напряжения вольтметр подключают параллельно измеряемому устройству, работающему от электричества (от электрической сети или аккумулятора). Данный прибор определяет разность потенциалов между клеммами. В области малых и средних значений напряжений применяют соответствующие измерительные механизмы (например, магнитометрический, электромагнитный, электростатический) с расширением диапазона измерения или без него. Измерительные механизмы, применяемые только для измерения постоянного напряжения и для измерения переменного напряжения. Для измерения очень маленьких значений напряжения и для высокочастотных измерений напряжений применяют компенсаторы, электронные вольтметры или осциллографы. Подключение вольтметра означает образование параллельной измеряемому устройству дополнительной цепи тока, состоящей из внутреннего сопротивления вольтметра. Вследствие этого возникает изменение измеряемого значения, представляющее собой систематическую погрешность, которую стремятся сделать как можно меньшей. Чтобы в процессе измерений вносить как можно меньше возмущения в измерительную цепь и тем самым получить малую погрешность измерения, делают так, чтобы в каждом случае (полное) сопротивление вольтметра было существенно больше (полного) сопротивления измерительного устройства. Идеальный вольтметр, не оказывающий возмущающего воздействия на измерительную цепь, должен обладать бесконечно большим сопротивлением. В ином случае собственное потребление мощности (от измеряемого устройства) вольтметром должно быть нулевым. Вольтметры подразделяются на:

  1) интегрирующие – представляют собой цифровой вольтметр, аналогоцифровой преобразователь которого работает по методу интегрирования;

  2) многодиапазонные – вольтметры с несколькими диапазонами измерения, которые путем ступенчатого переключения обеспечивают расширение диапазона измерения напряжения. Вольтметры многодиапазонные могут использоваться самостоятельно или как составная часть комбинированного прибора;

  3) отградуированные в единицах емкости, – приборы с непосредственным отсчетом, предназначенные также для измерения емкости;

  4) селективные – разновидность вольтметра электронного, но в отличие от электронного вольтметра универсального и электронного вольтметра переменного напряжения вольтметр селективный позволяет проводить измерения очень маленького напряжения (микровольты) только в очень узком регулируемом диапазоне частот. Это достигается применением селективных усилителей и смесительных систем (аналогично высокоизбирательному радиоприемнику);

  5) электронные (ранее, в 1960—1970-х гг. были ламповыми) – представляют собой электронный прибор для измерения напряжения. Вольтметр электронный представляет собой аналоговый или цифровой измерительный прибор, в состав которого, кроме индикатора, входят входной делитель напряжения, а в некоторых вариантах – измерительный выпрямитель и измерительный усилитель.

В 1960—1970-х гг. схема измерительного усилителя выполнялась на лампах (ламповый вольтметр). С 1980х гг. в таких приборах применяются только транзисторы и интегральные микросхемы.

В зависимости от функционирования схем в потоке сигналов, свойств и областей применения различают:

  1) вольтметр электронный переменного напряжения. Данный прибор измеряет значения только переменного напряжения, при этом для измерения как можно меньших значений напряжения посредством усилителя осуществляется усиление измеряемого значения, затем выпрямление и индикация;

  2) вольтметр электронный постоянного напряжения (т. е. постоянного тока), служит для измерения постоянного напряжения и обладает высоким входным сопротивлением. В таком приборе для усиления измеряемого сигнала (перед индикацией) используются преимущественно дифференциальный или операционный усилитель, а также усилительный вибропреобразователь;

  3) вольтметр электронный универсальный – прибор, в котором при измерении постоянных напряжений измеряемое значение усиливается усилителем постоянного напряжения и после этого выводится на индикаторное устройство. При измерении переменных величин перед усилением происходит их выпрямление. В некоторых случаях измерительный выпрямитель размещают в специальной измерительной головке, при этом посредством высоковольтной измерительной головки осуществляются также измерения высоких напряжений. Диапазон частот, входное сопротивление и диапазон измерения напряжения вольтметра универсального электронного очень велики, вследствие чего указанный прибор имеет широкое (т. е. универсальное) применение;

  4) вольтметр электромагнитной системы используется для измерения напряжения на основе измерительного механизма электромагнитной системы.

При помощи данных приборов измеряют как постоянное напряжение, так и переменное без каких-либо дополнительных элементов.

При измерениях вольтметром электромагнитной системы на переменном токе измеряется эффективное значение напряжения, при этом показания считаются в достаточной степени независимыми от формы перемененного напряжения.

В данном приборе наличие добавочных сопротивлений, которые определяют диапазон измерений, делает ток катушки измерительного механизма пропорциональным напряжению.

Для измерения высокого напряжения вольтметр электромагнитной системы подключается к измеряемой цепи через измерительный трансформатор напряжений. Для защиты указанных вольтметров от влияния внешних магнитных полей применяется специальное экранирование.

По сравнению с другими магнитоэлектрическими приборами вольтметры электромагнитной системы имеют значительно большее энергопотребление и поэтому используются преимущественно в силовой электротехнике.

Времяимпульсный датчик

Времяимпульсный датчик – измерительный преобразователь физической величины в электрический импульс, длительность которого (или интервал повторения) пропорциональна времени действия измеряемой величины. Применяется главным образом в телемеханических системах и цифровых устройствах централизованного контроля (в частности, для измерения угла поворота вала какого-либо исполнительного механизма, времени прохождения акустического сигнала).

Высотомер

(см. «Альтиметр»)

Вязкостный вакуумметр

Вязкостный вакуумметр – прибор, действие которого основано на зависимости вязкости разреженного газа от измеряемого давления.

Газовый термометр

Газовый термометр – прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объема идеального газа от температуры. Чаще всего применяют газовый термометр постоянного объема, в котором изменение температуры газа в баллоне пропорционально изменению давления. Температурная шкала газового термометра совпадает с термодинамической температурной шкалой. Газовый термометр применяют для измерения температур в пределах до 1300 К (Кельвина).

Гальванометр

Гальванометр – специальная форма измерительного механизма магнитоэлектрической системы. Гальванометрами называют средства измерений малых токов и напряжений. Данные приборы применяются прежде всего в нулевых ветвях компенсаторов и измерительных мостов для индикации равновесия схемы (отсутствия тока) и имеют при этом в большинстве случаев шкалу без численных значений. Кроме того, они применяются также для непосредственной оценки значения измеряемой величины. Гальванометры широко применяются с давних пор (с начала ХХ в.) во многих отраслях хозяйственного комплекса России, в первую очередь в промышленных производствах. Подразделяются на несколько видов:

  1) гальванометр вибрационный – высокочувствительный прибор для измерения переменных токов. Такой прибор содержит маленький постоянный магнит (так называемую иглу), жестко связанный с зеркальцем, подвешенным на двух ленточных растяжках. При пропускании переменного тока через обмотку токоизмерительной катушки игла (магнит) с зеркальцем приходит в колебательное движение, которое путем проекции с помощью светового луча делают наблюдаемым;

  2) гальванометр баллистический (см. «Баллистический гальванометр») – применяется весьма широко в электротехнической промышленности для измерения параметров импульсов тока и напряжения, в частности при заряде и разряде конденсаторов;

  3) гальванометр зеркальный – прибор, отличающийся высокой чувствительностью, ленточным подвесом или ленточными растяжками в качестве крепления подвижной части измерительного механизма и индикацией посредством светового указателя. В этом приборе для достижения большой длины светового указателя и, следовательно, высокой чувствительности, в отличие от гальванометра со световым указателем, измерительный механизм, источники света с их оптикой и шкала размещаются отдельно друг от друга. Ток к свободно поворачивающейся катушке подводится через тонкие неупругие ленточки из благородных металлов (серебра, платины и т. д.) или непосредственно через ленточные подвески. Установка (корректировка) нулевой отметки осуществляется с помощью поворачиваемой головки на верхнем конце ленточного подвеса. Гальванометр зеркальный устанавливается с помощью ватерпаса и регулируемых винтов-ножек в горизонтальном положении;

  4) гальванометр со световым указателем – прибор высокой чувствительности с механизмом на растяжках и индикацией посредством светового указателя. В отличие от зеркального гальванометра, в этом приборе измерительный механизм совмещен в одном корпусе с зеркалом, источником света, оптической системой и шкалой;

  5) гальванометр стержневой представляет собой измерительный механизм осциллографического гальванометра на основе измерительного механизма магнитоэлектрической системы. Подвижный орган стержневого гальванометра состоит из узкой длинной миниатюрной катушки, которая вместе с подвешенным к ней на двух ленточных растяжках зеркальцем запаяна в стеклянной трубке. Демпфирование (т. е. успокоение) осуществляется в данном приборе индукционным или жидкостным способом. Гальванометр стержневой имеет очень малый размер, поэтому в одном светолучевом осциллографе в ограниченном объеме размещают несколько таких приборов и при этом регистрируют различные измеряемые величины по отдельным каналам одновременно и независимо друг от друга;

  6) гальванометр показывающий – прибор, имеющий относительно малую чувствительность, а также опоры на шпиль и индикацию на основе механического указателя. Гальванометр показывающий используется главным образом как нуль-индикатор для небольших по габаритам измерительных электрических мостов и компенсаторов при невысоких требованиях к чувствительности (в частности, ценой деления шкалы 1 мкА или 100 мкВ);

  7) гальванометр напряжения – представляет собой измерительный механизм светолучевого (шлейфового) осциллографа с постоянным магнитом, предназначен для регистрации формы напряжения;

  8) гальванометр тока имеет вид измерительного механизма светолучевого осциллографа с постоянным магнитом, предназначен для регистрации формы тока;

  9) гальванометр электронный – измерительный прибор, нечувствительный к положению в пространстве и вибрации, имеющий высокочувствительный усилитель постоянного тока или напряжения. Данный гальванометр обычно устанавливается в больших приборах, предназначенных для жестких условий эксплуатации. В тех случаях, когда в гальванометре электронном устанавливается дополнительный аналого-цифровой преобразователь, показания измеряемой величины могут представляться в цифровой форме.

Гамма-спектрометр

Гамма-спектрометр (спектрометр) – в широком смысле устройство для измерений функции распределения некоторой физической величины f по параметру х.

Функция f(x) в данном случае может определять распределение гамма-квантов по энергиям.

Гигрометр

Гигрометр (от греч. hygros – «влажный») – прибор для определения абсолютной или относительной влажности воздуха. Гигрометры применяются в различных отраслях промышленного производства, в системе гидрометеорологической службы и иных, подразделяются на: конденсационные, электролитические, весовые и др. На гидрометеорологических станциях широко применяли в ХХ в. гигрометры, у которых в качестве чувствительного элемента использовались человеческий волос или органическая (животная) пленка, обладающие свойством изменять свою длину в зависимости от содержания водяного пара в воздухе. Для автоматической непрерывной записи влажности воздуха на гидрометеорологических станциях и в некоторых отраслях промышленности используют самопишущие приборы-гигрографы. Аналогом гигрометра является такой прибор для измерения влажности воздуха, как психрометр.

Гипсотермометр

Гипсотермометр (от греч. hypsos – «высота») – прибор для определения атмосферного давления по температуре кипения воды, зависящей от давления (с понижением атмосферного давления температура кипения воды понижается). Гипсотермометр состоит из кипятильника и точного ртутного термометра.

Гировертикаль

Гировертикаль (от греч. gyros – «круг») – гироскопический прибор для определения истинной вертикали или плоскости горизонта, а также углов отклонения от них. Гировертикаль, имеющая корректирующее устройство для устранения ошибок, возникающих при выполнении маневров летательными аппаратами или судами, называется гироинерциальной вертикалью.

Данный прибор устанавливается на судах, самолетах и вертолетах всех типов и видов, является очень важным основным прибором инерциальных систем навигации.

Гироорбитант

Гироорбитант – гироскопический прибор для определения угла отклонения вектора скорости какого-либо космического аппарата от плоскости околоземной орбиты.

Глубиномер

Глубиномер – прибор, предназначенный для измерений глубины отверстий, пазов, высоты уступов и т. д. В зависимости от вида отсчетного устройства глубиномеры подразделяются на:

  1) штангенглубиномеры, основанием является рамка, снабженная снизу опорой с измерительной поверхностью. Сквозь рамку проходит штанга со шкалой и измерительной поверхностью на торце. Штанга расположена и передвигается перпендикулярно измерительной поверхности опоры. Нониус нанесен на отдельной пластине и укреплен в рамке параллельно шкале штанги. Штангенглубиномеры применяются для прямого измерения глубины выемок и высоты уступов. Основные параметры штангенглубиномеров: диапазоны измерения, мм 0—100; 0—50; 0—400; отсчет по нониусу, мм – 0,05; погрешность измерения размеров от 1 до 400 мм;

  2) глубиномеры микрометрические используются для измерения глубины выемок и высоты уступов в деталях машин. Основанием микрометрического глубиномера является поперечина, в которую запрессован стебель со шкалой. В стебле запрессована микрогайка, а в нее ввинчен микровинт, совместно они образуют такую же микропару, как и в обычном гладком микрометре. На микровинте укреплен барабан со шкалой, а на барабане расположена трещотка. Требуемое во время измерения положение микровинта закрепляется специальным стопором. Во время измерений при вращении барабана вместе с ним вращается микровинт и ввинчивается в микрогайку, при этом он выдвигается из основания на требуемую глубину. Глубиномер микрометрический перед измерениями устанавливается на «0» по установочным мерам – втулкам на плоской стеклянной пластине или другой точной плоской поверхности. В торце микровинта выполнено небольшое отверстие, в которое вставляются сменные измерительные стержни. Особенность микрометрического глубиномера состоит в том, что числовые значения штрихов шкалы стебля расположены, уменьшаясь при удалении барабана от основания, потому что соответственно уменьшаются размеры глубины измеряемого уступа;

  3) глубиномеры индикаторные применяются при измерениях глубин выточек, выемок, расстояний между торцами, направленными в одну сторону. Основанием этого средства измерения является пластина с точной опорной плоскостью. Перпендикулярно этой плоскости на основании укреплена присоединительная втулка, в которую вставляется гильза измерительной головки и закрепляется зажимом. Для увеличения измеряемой глубины в измерительный стержень измерительной головки вместо основного наконечника при необходимости могут вставляться сменные измерительные стержни. Основные параметры индикаторных глубиномеров: диапазон измерения глубиномеров с основными измерительными наконечниками равен величине хода измерительного стрежня, установленной на глубиномер отсчетной головки (чаще всего применяется микрометрическая измерительная головка с рабочим ходом в 5 мм); при использовании сменных измерительных стержней диапазоны измерений – от 0 до 10 мм; цена деления зависит от типа установленной измерительной головки.

Гониометр

Гониометр (от греч. gonia – «угол») – прибор для измерений двугранных углов между плоскими полированными гранями твердых прозрачных и непрозрачных тел, а также углов отклонения лучей, проходящих через призмы и клинья, изготовленные из стекла или других прозрачных материалов (в частности, органического стекла). Гониометр применяется в оптическом приборостроении, метрологии, кристаллографии, геодезии и др.

Наиболее распространены гониометры, представляющие собой комбинацию коллиматора, зрительной трубы и отсчетного устройства, имеют погрешность измерения углов от 0,5 до 1”. Гониометром также называется устройство для смещения диаграммы направленности антенны электрическим или электромеханическим способом с целью определения направления приходящих радиосигналов.

Гониометр как устройство используется главным образом в радиопеленгаторах.

Гравиметр

Гравиметр (от лат. gravis – «тяжелый») – прибор для относительных измерений ускорений свободного падения в каких-либо точках земной поверхности.

По принципу действия обычно аналогичен пружинным весам.

Градиентометр

Градиентометр (от лат. gradientis – «шагающий») – прибор, предназначенный для измерений градиентов напряженности потенциального поля.

Градиентометры подразделяются на:

  1) гравитационный;

  2) магнитный.

Гравитационный градиентометр применяется для измерения горизонтальных градиентов напряженности поля силы тяжести, представляет собой коромысло с грузами на концах, подвешенное на крутильной нити, угол закручивания которой является мерой градиента. При измерениях крутильная система устанавливается в четырех азимутах, взаимоотличающихся на 90°.

Магнитный градиентометр измеряет приращение напряженности магнитного поля в заданном направлении и состоит из двух идентичных чувствительных магнитометров, расположенных на определенном расстоянии друг от друга; по разности отсчетов магнитометров определяется градиент.

Градиентометр применяют для исследования геологических структур, а также для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Давление датчик

Давление датчик – измерительный преобразователь давления жидкости или газа и перепадов (разности) давлений в электрический, пневматический или другого вида сигналы.

Давление датчик строят по принципу прямого преобразования измеряемого давления в выходной сигнал (например, магнитоупругие и пьезоэлектрические датчики) либо с использованием промежуточных преобразователей давления в механическое перемещение, или оконечных преобразователей, входной величиной которых является механическое перемещение.

Дальномер

Дальномер – прибор, предназначенный для измерения расстояний в инженерной геодезии при строительстве различных сооружений, линий электропередач, в топографии, военном деле, навигации, фотографии, астрономических исследованиях.

Эти приборы имеют различные принципы действия: физический и геометрический, бывают с постоянным углом и постоянной базой.

Геометрические дальномеры

Нитяной дальномер имеет постоянный угол. Это зрительная труба, имеющая две параллельные нити в поле зрения. База этого дальномера – переносная, это рейка с делениями. Расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, которые наблюдатель видит в зрительную трубу. Такой нитяной дальномер имеют, как правило, геодезические приборы – нивелиры, теодолиты.

Монокулярный дальномер. Окуляр его составлен из двух половин, разделенных линией по горизонтали. Если наблюдаемый объект находится очень далеко, то обе половины объекта находятся на горизонтальной линии раздела, и получается цельное изображение. Если объект приближается, то половинки изображения расходятся вдоль разделительной линии. Дальномер имеет оптический компенсатор, который сводит смещенные половинки, тем самым определяется расстояние до объекта.

Фотографический дальномер — это оптическая система, объединяющая монокулярный дальномер с видоискателем фотоаппарата. Изображение объектов видно в окуляре несовмещенным, так как прошло через две разные оптические системы. Перемещение оптического компенсатора дает совмещение и получение четкого изображения.

Стереоскопический дальномер – бинокулярный. Имеет постоянную базу. Это зрительная труба с двумя окулярами.

Он работает на принципе стереоскопического эффекта: изображения наблюдаются каждым глазом отдельно и сливаются в одно объемное изображение. В фокальной плоскости дальномера находится метка, и с ней совмещают изображение с помощью оптического компенсатора. Его смещение пропорционально расстоянию, которое надо определить. Стереоскопический дальномер с постоянной базой точнее, чем нитяной и монокулярный.

Действие физических дальномеров основано на измерении времени, за которое посланный дальномером сигнал проходит расстояние до наблюдаемого объекта и обратно.

Световые дальномеры делятся на фазовые и импульсионные. Импульсионный дальномер измеряет время прохождения светового импульса до объекта и обратно.

Фазовый дальномер создает непрерывный световой поток различной интенсивности. У посланного и отраженного потока света меняются разность фаз, интенсивность потока. По числу минимумов и максимумов интенсивности света определяют время и расстояние до наблюдаемого объекта. Световые дальномеры различаются по их величине и точности. Малые светодальномеры используются в топографии, средние, и особенно большие, – в космических исследованиях. Точность их измерения доходит до 1 : 400 000.

Радиодальномеры делятся на импульсные и с непрерывным излучением. Измеряет расстояние до наблюдаемого объекта по времени и скорости прохождения радиоволн до объекта и обратно, после их отражения. Радиодальномеры бывают с пассивным и активным отражением. Пассивное отражение основано на попадании на вход приемника двух сигналов – одного с радиопередатчика, другого после отражения от объекта, расстояние до которого и нужно определить. Активное отражение использует ведущую и ведомую станции, находящиеся на концах измеряемого расстояния. Ведомая станция принимает радиосигналы с ведущей станции и преобразует, ретранслирует их. Радиосигналы могут быть непрерывными и импульсными. Если колебания непрерывные, то расстояние измеряется фазовым методом, разность фаз измеряет индикатор на ведущей станции. Фазовые радиодальномеры имеют наибольшую точность в измерении и используются в военном деле, геодезии, навигации.

С помощью акустического дальномера определяют расстояние в толще воды в море или океане. Так как жидкая среда поглощает и рассеивает свет и радиоволны, то свето– и радиодальномеры под водой не используются.

Акустический дальномер – это гидролокатор, определяющий расстояние до подводных объектов с помощью звуковых сигналов частотой в диапазоне 4—40 кГц. Гидролокатор имеет акустическую систему, которая находится в контейнере, буксируемом кораблем на заданной глубине.

Характеристики всех дальномеров физического типа – это мощность посылаемых сигналов и чувствительность приемника, который фиксирует посланный сигнал.

Датчик

Датчик – то же, что измерительный преобразователь. Очень часто в технической литературе термином «датчик» обозначают элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, силу света, электрическое напряжение, силу тока и т. д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. В состав такого датчика входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Во многих случаях датчик состоит только из одного воспринимающего органа, выполняющего также функции преобразователя (например, термопара, тензодатчик). Во многих отраслях промышленного производства широко распространены датчики, действие которых основано на изменении электрической емкости, сопротивления, индуктивности, взаимной индуктивности или ЭДС (емкостный, реостатный, индуктивный, трансформаторный датчики) под воздействием контролируемой физической величины. По виду воспринимаемой физической величины и принципу действия различают датчики перемещения, датчики давления, пьезоэлектрические датчики, фотоэлементы, тензодатчики и др. Применяются датчики практически всех видов в системах автоматического управления и контроля технологическими процессами, в устройствах дистанционного измерения и сигнализации. Согласно государственному стандарту СССР на систему обеспечения единства измерений термин «датчик», применяемый в широком смысле, был заменен в 1990-х гг. термином «измерительный преобразователь».

Деформационный вакуумметр

Деформационный вакуумметр – прибор-вакуумметр, действие которого основано на зависимости давления от деформации чувствительного элемента (мембраны, сильфона, спиральной трубки и др.). Показания деформационного вакуумметра не зависят от рода газа. Данным прибором обычно измеряют давление больше 10 Па.

Дилатометр

Дилатометр (от лат. dilato – «расширяю») – прибор, измеряющий изменения размеров тела, вызванные воздействием высоких температур (т. е. теплоты), давления, электрического и магнитного полей, ионизирующих излучений и иных факторов. Чаще всего дилатометром измеряют тепловое расширение тел.

Данный прибор широко используется для выполнения соответствующих измерений в материаловедении, техническом моделировании, в молекулярной физике и др. Чувствительность дилатометра составляет пм (10-1 м).

Динамометр

Динамометр (от греч. dynamis – «сила» и metreo – «измеряю») – прибор для измерения силы или момента. Динамометр, предназначенный для измерения силы, называется тяговым, а для измерения момента – вращательным. По принципу действия динамометры подразделяются на механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электрические. Динамометры по назначению различаются как образцовые (т. е. эталонные) и рабочие (общего назначения и специальные). Динамометры широко используются во многих отраслях промышленного производства, а также в непроизводственной сфере (например, в системе снабжения и сбыта, медицинских учреждениях). Динамометры медицинские предназначены для измерения силы кисти и плечевого пояса. Такой динамометр имеет плоскую стальную тарированную пружину, по величине прогиба которой, показываемого стрелкой, судят о силе, действующей на пружину. Для целей общефизического контроля специализированные предприятия выпускают динамометры двух типов – ручные и становые. Динамометр ручной выпускают на четыре разные нагрузки: для спортсменов с нагрузкой до 120 кгс; для взрослых с максимальной нагрузкой до 90 кгс; для детей школьного возраста с нагрузкой до 30 кгс и до 15 кгс. В медицинских учреждениях и спортивно-оздоровительных комплексах практически повсеместно используются динамометры становые трех видов:

  1) ДС-00 (рассчитан на нагрузку до 200 кгс);

  2) ДС-300 (предельная нагрузка 300 кгс);

  3) ДС-500 (максимальная нагрузка 500 кгс).

Указанные динамометры используются для измерения силы плечевого пояса. Специальной планкой динамометр через цепь фиксируют одним концом к полу, а к другому его концу цепочкой присоединяют рукоятку. В некоторых отраслях промышленного производства динамометры применяются при испытаниях различных машин и специальных устройств, а также в процессе их эксплуатации для измерения сил резания или их моментов, возникающих при обработке металлов (в частности, используется инструментальный динамометр), на погрузочно-разгрузочных работах в системе материальнотехнического производства и сбыта продукции применяются пружинные динамометры. Динамометрами измеряют усилие от 1 до 10 000 кгс и более.

Дифманометр

Дифманометр (дифференциальный манометр) – прибор для измерений разности (перепадов) давлений, применяется также для измерений уровня жидкостей и расхода жидкости, пара или газа по перепаду давлений. По принципу действия различают дифманометры жидкостные (измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости) и механические (давление уравновешивается силами упругости различных чувствительных элементов – мембраны, пружины или сильфона в определенных видах измерений). Дифманометры в зависимости от назначения имеют диапазон измерений перепадов давления от 0 до 0,1 МПа и выше при давлении среды до 16 МПа.

Длиномер

Длиномер – прибор, предназначенный для измерения расстояний. Длиномеры широко применяются во многих отраслях хозяйственного комплекса России и бывают нескольких видов: механические, оптические и ротаметрические. Длиномер механический – прибор для измерений расстояний с помощью мерного блока и гибкой «нити» (обычно стальной проволоки), используемый при инженерно-геодезических и маркшейдерских работах. Подобные длиномеры предназначены также для измерения глубин вертикальных горных выработок (до 1000 м) в шахтах и рудниках. Длиномер оптический представляет собой оптико-механический прибор для линейных измерений в абсолютных или относительных величинах. Такие длиномеры применяются двух видов: вертикально-окулярные с проекционным экраном и горизонтально-окулярные с проекционным экраном. Указанные длиномеры применяются для измерений наружных размеров до 500 мм и внутренних – до 400 мм. Длиномеры ротаметрические, или ротаметры, являются средствами измерения с пневматическим преобразованием. Действие такого длиномера с пневматическим преобразованием, применяемого для измерения линейных размеров, основано на сравнении параметров потока сжатого воздуха, на пути которого ставят сначала образец, а затем измеряемую деталь. Особенность длиномера ротаметрического как средства измерения заключается в бесконтактном измерении. Пневматические длиномеры (или ротаметры) изготавливаются и используются комплектами (в комплект данного прибора входят блок со стабилизатором, корпус со стеклянной трубкой, поплавком и двумя винтами регулировки, а также пневматический калибр). Для измерения валов, изготавливаемых на токарных станках с числовым программным управлением, применяют пневматический калибр (входящий в комплект длиномера) в форме скобы с соплами, а для измерений отверстий в крупногабаритных деталях – пневматический калибр в форме пробки с соплами. Комплекты длиномеров (ротаметров) могут соединяться в блоки из нескольких комплектов (до 10 в один блок), при этом по блоку можно измерить одновременно до 10 деталей, причем каждая будет оцениваться по своей шкале и поплавку-ротору. Длиномеры ротаметрические (т. е. пневматические) широко используются в серийном и массовом машиностроительных производствах, при значительных количествах деталей в партии или в потоке. В данном случае большое преимущество указанных приборов заключается в бесконтактном измерении и малом износе калибров. Очень часто длиномеры ротаметрические используются для определенных измерений при наладочных работах на станках-автоматах.

Дозатор

Дозатор – устройство для автоматического или ручного отмеривания (дозирования) заданных массы или объема жидких и сыпучих веществ.

Различают дозаторы весовые и объемные, периодического и непрерывного действия, с ручным и автоматическим управлением, одно– и многокомпонентные.

Дозаторы широко используются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России: в производстве химической продукции, строительных материалов (в частности, при производстве цемента, кирпича; при приготовлении различных растворов, бетона и др.) и др.

В фармацевтической промышленности, в аптечной сети, в медицинских лабораториях широко используются следующие дозаторы:

  1) дозатор шприцевый самозаполняющийся ДШС-2, который аналогичен шприцу «Рекорд» непрерывного действия, имеет пределы дозирования от 0,2 до 2 мм с погрешностью 5% и обеспечивает производительность не менее 30 доз в минуту;

  2) дозаторы шприцевые марок ДШП-5, ДШП-10 и ДШП-20 используются для получения доз от 5 до 0 мл, представляют собой модификацию шприца непрерывного действия; погрешность дозирования не превышает 1%. Производительность дозаторов ДШП-5 и ДШП-10 – до 30 доз в минуту; производительность дозатора ДШП-20 – до 10 доз в минуту. Указанные дозаторы предназначены для дозирования водных растворов с концентрацией солей, не превышающей 5%, и кислот (кроме уксусной и азотной) концентрацией не свыше 2%;

  3) дозатор автоматической М-5 предназначен для розлива жидкостей при проведении лабораторных работ и при фасовке небольших доз медикаментов в аптечной сети. Данный дозатор является усовершенствованием шприцевого дозатора, снабженного электрическим приводом; отмеривание жидкостей осуществляется шприцем с регулируемой величиной хода поршня, доза устанавливается вращением ручки с нанесенной на ней шкалой. Дозатор М-5 может дозировать жидкости объемом от 0,2 до 5,0 мл с погрешностью – 0,4 мл; жидкость для розлива может забираться из сосудов любой вместимости. Дозирование осуществляется в автоматическом режиме со скоростью 16 доз в минуту или после нажатия кнопки – отдельными дозами;

  4) дозатор жидкостей до 3 мл предназначен для фасовки водных, спиртовых и маслянистых жидкостей. Представляет собой небольшой поршневой насос, обеспечивающий получение доз от 3 до 30 мл. При малых дозах погрешность дозирования составляет ±8%, а при больших дозах (до 30 мл), как правило, погрешность отмечается меньшей и составляет примерно 3%. Расфасовка жидкостей производится из специального бачка;

  5) дозатор для расфасовки жидкостей ТК-2 – аптечный дозатор для отмеривания доз от 10 до 100 мл. Данный дозатор – самый большой из поршневых дозаторов жидкостей, укрепляется струбциной к столу; его дозировочный цилиндр изготавливается из нейтрального стекла, а дозирование осуществляется вручную с помощью рукоятки. Дозатор ТК-2 комплектуют запасным цилиндром и поршнем, его габариты 30 × 70 × 360 мм;

  6) дозатор для порошков ДП-2 предназначен для дозирования порций порошков различных лекарственных препаратов массой от 0,15 до 1,5 кг. Порошок в данный дозатор подается из воронки шнеком, приводимым в движение от электродвигателя мощностью в 5 Вт. Из воронки-бункера дозатора ДП-2 порошок поступает в чашку, подвешенную на весовом коромысле. При наполнении чашки до установленной массы срабатывает реле, и подача порошка из бункера прекращается; вместимость бункера данного дозатора составляет 140 см3. В комплект дозатора ДП-2 входят сменные шнеки для расфасовки порошков разной плотности и сыпучести и набор разновесов.

Дозаторы для сыпучих материалов, применявшиеся в промышленном производстве, имеют в своей комплектации бункер, барабан с плунжером или цилиндр с поршнем (или со шнеком), электродвигатель (который приводит во вращение барабан или цилиндр), датчик, контролирующий объем сыпучего материала, систему автоматического управления процессом дозирования. Дозаторы, предназначенные для жидких материалов и использующиеся в крупном промышленном производстве, имеют в своей комплектации емкость калиброванную (т. е. определенного объема), датчик контроля уровня, запорную арматуру в виде крана или вентиля (или задвижки) на выпуске из емкости (в нижней части) и клапана на входе в емкость (клапан связан с датчиком и с системой управления дозированием).

По команде датчика клапан перекрывает подачу жидкости в емкость. При автоматическом управлении дозированием дозаторы комплектуются электродвигателями, связанными с запорной арматурой – клапаном и вентилем (или с задвижкой).

Дозиметры

Дозиметры (дозиметрические приборы) – устройства для измерения доз ионизирующих излучений и их мощности. Дозиметры широко используются во многих отраслях хозяйственного комплекса Российской Федерации. Дозиметры применяются для:

  1) измерения одного вида излучения (например, нейтронные, гамма-дозиметры);

  2) измерения смешанного излучения;

  3) измерения доз рентгеновского и гамма-излучения, они градуированы в рентгенах (их чаще всего называют рентгенометрами);

  4) определения эквивалентной дозы излучения, они градуированы в бэрах (их определяют как бэрметры-дозиметры).

У дозиметров всех видов имеются такие основные части, как детектор и измерительное (отсчетное) устройство. В зависимости от типа детектора большинство дозиметров делятся на:

  1) ионизационные (т. е. имеющие ионизационную камеру, пропорциональные счетчики или счетчики Гейгера—Мюллера);

  2) радиолюминесцентные (к ним относятся сцинтилляционные, термо– и фотолюминесцентные);

  3) полупроводниковые;

  4) фотографические;

  5) колориметрические и др.

Дозиметры по конструкции и условиям эксплуатации подразделяются на стационарные, переносные (т. е. переносятся в выключенном состоянии при возникшей необходимости и носимые (обычно индивидуального пользования, работающие на ходу, такие дозиметры, в частности, имеют работники атомных электростанций).

Емкостный датчик

Емкостный датчик – измерительный преобразователь в виде электрического конденсатора, емкость которого изменяется пропорционально значению измеряемой величины (деформации, перемещения, усилия, влажности и др.). Конструктивно емкостный датчик представляет собой плоскопараллельный или цилиндрический электрический конденсатор, у которого при измерении некоторой величины меняется зазор между пластинами или площадь их взаимного перекрытия. Емкостный датчик применяется в отраслях машиностроительного производства России, а также при выполнении научно-исследовательских работ для точных измерений механических перемещений.

Жидкостный вакуумметр

Жидкостный вакуумметр – вакуумметр, действие которого основано на уравновешивании измеряемого давления (или разности давлений) давлением столба жидкости. Жидкостные вакуумметры широко применяются в различных отраслях промышленного производства, на железнодорожном транспорте, в жилищно-коммунальном хозяйстве, на объектах энергетики и др. Данные приборы применяются в различных установках нескольких видов:

  1) U-образные (с закрытым и открытым коленом);

  2) «колокольные» (т. е. похожие на колокол);

  3) компрессионные и др.

В жидкостных вакуумметрах применяются такие рабочие жидкости, как ртуть, вакуумные специальные масла разных марок. Указанные приборы измеряют давления до 10-3 Па.

Жидкостный термометр

Жидкостный термометр – простейший прибор, применяемый весьма широко практически во всех отраслях хозяйственного комплекса России, в медицинских учреждениях, в быту для измерений температуры воздуха в помещениях (в том числе в производственных, складских и др.), различных жидкостей и тела человека. В жидкостных термометрах применяется ртуть или подкрашенный 96%-ный спирт. Жидкостный термометр медицинский максимальный предназначен для измерения температуры тела, имеет шкалу для измерений в диапазоне от 35 до 42 °С с градуировкой 0,1 °С. Жидкостный ртутный термометр состоит из резервуара для ртути с капилляром, который помещен вместе с подкладной шкалой в стеклянный баллончик. Такой жидкостный термометр называют максимальным в связи с тем, что столбик ртути в капиллярной трубочке не возвращается самопроизвольно в резервуар и показывает измеренную температуру до тех пор, пока встряхиванием ее не возвращают в первоначальное положение. Жидкостные термометры спиртовые широко используются в системе гидрометеорологической службы, в различных отраслях сельского хозяйства, пищевой промышленности, на транспорте всех видов и т. д.

Зенит-телескоп

Зенит-телескоп – астрономо-геодезический инструмент (т. е. телескоп) для наблюдения звезд вблизи зенита с целью регулярных определений широты места наблюдения, изменяющейся вследствие движения географических полюсов Земли. При выполнении наблюдений оптическую трубу зенит-телескопа устанавливают на азимутальной монтировке.

Измерительный магазин

Измерительный магазин – комплект специальных подстроечных мер электрических величин (сопротивления, емкости, индуктивности), откалиброванных с определенной точностью. Применяется для воспроизведения с установленной точностью в определенном диапазоне значений этих величин при их смене или регулировании в измерительных схемах. Меры различных значений в измерительных магазинах конструктивно объединяются: в общем корпусе с мерами смонтированы переключающее устройство или наборная панель для соединения мер в требуемых сочетаниях. Измерительные магазины в конструктивном плане коммутирующих устройств подразделяются на рычажные, штепсельные, вилочные, зажимные (но этот вид измерительного магазина в машиностроительных производствах применяется редко).

Меры в измерительных магазинах обычно компонуются в так называемые декады (т. е. по 10 мер с одинаковым номинальным значением). По числу декад измерительные магазины подразделяются на одно– и многодекадные (по 8 декад). Для плавного изменения значения воспроизводимой величины в некоторых измерительных магазинах наименьшая постоянная мера заменяется плавно регулируемой мерой переменного значения.

Индукционный измерительный прибор

Индукционный измерительный прибор – электроизмерительный прибор, работа которого основана на возникновении вращающего момента его подвижной части при воздействии на нее двух (или более) переменных магнитных потоков. Индукционным измерительным прибором является, в частности, электрический счетчик, широко применяемый в электроэнергетике (например, в сетях электроснабжения различных потребителей – промышленных и жилищно-коммунального хозяйства).

Инклинометр

Инклинометр (от лат. inclino – «наклоняю» и metreo – «измеряю») прибор для контроля пространственного положения буровой скважины. В 1970—1980-х гг. в Советском Союзе широко применялся инклинометр марки ИК-2, состоявший из глубинного прибора (датчика) и регистрирующей наземной станции (пульта управления). Положение инклинометра определяется с помощью трех чувствительных элементов: рамки, отвеса и буссоли. Для фиксации угла наклона и азимута оси скважины служит переключающий механизм с электромагнитом. Управление глубинным прибором – инклинометром дистанционное по каротажному кабелю.

Ионизационная камера

Ионизационная камера – прибор для регистрации и спектрометрии ионизирующих излучений, действие которого основано на способности движущихся с большой скоростью частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера обычно представляет собой заполненный каким-либо газом герметически закрытый сосуд с двумя электродами (плоскими, сферическими или цилиндрическими), к которым приложено напряжение в пределах от 10 до 100 В. В ионизационной камере измеряются либо сила тока, создаваемого электронами и ионами в результате ионизации газа, находящегося внутри камеры сосуда, – так называемые токовые ионизационные камеры, либо импульсы напряжения, возникающие на высокоомном резисторе при протекании по нему ионизационного тока (такие приборы называются импульсными ионизационными камерами). Ионизационные камеры широко используются в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, в частности при проведении специальных экологических экспертиз по состоянию окружающей среды, а также при выполнении астрономических наблюдений.

Ионизационный вакуумметр

Ионизационный вакуумметр – прибор, действие которого основано на зависимости силы ионного тока, образованного в газе в результате ионизации молекул разреженного газа, от давления. Ионизационным вакуумметром измеряют давления до 10-1 Па. Ионизационные вакуумметры применяются в основном в электротехнической, радиоэлектронной промышленности России.

Измерительный генератор

Измерительный генератор – прибор, предназначенный для создания электрических колебаний различной формы при определенных значениях мощности, напряжения или (и) тока (генератор мощности, напряжения, тока). В зависимости от того, встроен генератор в измерительный прибор или применяется самостоятельно, различают генераторы внутренние и внешние. Соответственно генерируемой форме колебаний существуют генераторы синусоидального напряжения и генераторы импульсные. Широко распространены измерительные генераторы сигналов прямоугольной формы и генераторы измерительные пилообразного напряжения. Относительно диапазона частот различают следующие виды измерительных генераторов: низкой частоты, высокой частоты, сверхвысокой частоты, шума. В измерительной технике измерительные генераторы применяются весьма широко для исследования активных и пассивных четырехполюсников, для поиска неисправностей в качестве источника испытательного сигнала. Особенностью измерительных генераторов является возможность изменения в определенных диапазонах частоты и напряжения выходного сигнала, выходного сопротивления, типа модуляции выходного напряжения (у генераторов измерительных высокой частоты) и коэффициента гармоник (у измерительных генераторов низкой частоты). В электротехнической, радиоэлектронной промышленности и в системе теле– и радиосвязи применяются такие измерительные генераторы, как:

  1) импульсный – прибор, генерирующий выходной сигнал импульсной формы; название такого генератора зависит от формы импульсов выходного сигнала:

а) измерительный генератор сигналов прямоугольной формы;

б) измерительный генератор пилообразного напряжения. Кроме того, существуют генераторы, формирующие другие формы импульсных сигналов (напряжение треугольной, трапецеидальной и других форм);

  2) измерительный генератор кварцевый – прибор с высокой стабильностью частоты, обеспечиваемой кварцевым резонатором (так называемой кварцевой стабилизацией). Измерительные кварцевые генераторы широко применяются в технике связи, в цифровых вольтметрах, универсальных счетчиках, а также в качестве тактовых генераторов в цифровой вычислительной технике;

  3) измерительный генератор низкой частоты (НЧ) – прибор, диапазон изменения частоты выходного сигнала которого лежит в области низких частот. В качестве источника сигнала в схеме измерительного генератора НЧ используются специальные RC-генераторы, астабильные мультивибраторы, блокинг-генераторы;

  4) измерительные генераторы образцовые – прибор с высокой точностью установки частоты и нормированными параметрами выходного сигнала (мощность, напряжение, ток), предназначенный для проведения поверки измерительных устройств. Высокая стабильность частоты такого прибора обеспечивается применением кварцевого генератора;

  5) измерительный генератор пилообразного напряжения (также определяется как генератор развертки) – прибор, выходное напряжение которого имеет форму пилы. Все способы создания пилообразного напряжения основываются на принципе линейного во времени заряда конденсатора и последующего быстрого его разряда. Существуют следующие основные варианты:

а) используется лишь нижняя линейная часть кривой заряда, этот тип схемы носит название «интегратор Миллера»;

б) в конденсаторе напряжение заряда повышается. В этом случае говорят о способе синхронного зарядного напряжения, который применяется в усилительных схемах развертки;

в) конденсатор заряжается постоянным током, при этом в качестве источника постоянного тока используется измерительный генератор тока;

  6) измерительный генератор сверхвысокой частоты – прибор, формирующий немодулированные или модулированные синусоидальные сигналы частотой свыше 300 МГц. Для получения высоких частот применяют объемные резонаторы (колебательный контур с высокой добротностью как часть волновода) и специальные усилительные элементы СВЧ-техники (сверхвысокой частоты);

  7) измерительный генератор сигналов прямоугольной формы – прибор, выходной сигнал которого имеет прямоугольную форму, а амплитуда, частота и длительность импульсов устанавливаются оператором. Источником прямоугольного напряжения в данном случае могут быть синусоидальный генератор с последующим формированием импульсов или релаксационных колебаний, генерирующая несинусоидальное напряжение. В измерительной технике указанный генератор сигналов прямоугольной формы служит источником сигналов для измерений и испытаний цифровых и аналоговых схем, позволяющим по степени искажения прямоугольной формы напряжения на выходе измеряемого устройства судить о его передаточных характеристиках;

  8) измерительный генератор синусоидального напряжения – прибор, выходной сигнал которого имеет синусоидальную форму. В данном варианте используется принцип положительной обратной связи, который реализуется комбинацией активного радиоэлемента или функционального узла интегральной микросхемы в качестве усилительного четырехполюсника с четырехполюсником цепи обратной связи. В зависимости от типа четырехполюсника цепи обратной связи измерительный генератор синусоидального напряжения может работать либо как LC-генератор (с колебательным контуром типа генератора Мейснера), либо как RC-генератор (с RC-фазовращательной цепочкой или делителем напряжения Вина). При использовании двух LC-генераторных каскадов желаемую частоту можно получить, применяя смесительную схему (получается так называемый генератор биений);

  9) измерительный генератор телевизионной развертки – прибор специального применения для настройки и проверки цветных телевизионных приемников. Данный генератор телевизионной развертки формирует комбинированный тестовый сигнал в СВЧ– или видеочастотном диапазоне. С помощью измерительного генератора телевизионной развертки на экране телевизора может быть получена испытательная специальная таблица в виде сетки или цветного шахматного поля;

  10) измерительный генератор шума – прибор, формирующий шумовой сигнал. Шумы возникают в электрорадиоэлементах и передающих устройствах и при этом оказывают искажающее воздействие на передаваемую информацию. Для измерения такого шума необходим образцовый генератор шума. Источником шума в измерительном генераторе шума является шумовой (шумящий) электровакуумный диод, работающий в режиме насыщения (реже используют резистор) и генерирующий шумовую мощность, постоянную в широком диапазоне частот (спектра). Уровень выходной мощности измерительного генератора шума регулируется и отображается на индикационном устройстве.

Измерительный мост

Измерительный мост широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России нескольких видов (в частности, в электротехнических и радиоэлектронных производствах). Еще в 1970-х гг. была принята классификация измерительных мостов такого вида:

  1) измерительный мост уравновешиваемый;

  2) измерительный мост постоянного тока;

  3) измерительный мост полного сопротивления;

  4) измерительный мост частоты;

  5) измерительный мост индуктивности;

  6) измерительный мост переменного тока (мост измерительный Вина);

  7) измерительный мост емкостный;

  8) измерительный мост декадный;

  9) измерительный мост нелинейных искажений;

  10) измерительный мост Нернста—Хагена;

  11) измерительный мост неуравновешенный;

  12) измерительный мост реохордный и т. д.

Измерительный мост уравновешиваемый представляет собой соединение четырех полных сопротивлений, при этом путем изменения как минимум одного из четырех сопротивлений (так называемых плеч) мостовая уравновешивается, т. е. выходная величина на выводах делителей напряжения обращается в нуль. В зависимости от типа схемы различаются условия равновесия моста, обеспечивающие это состояние, причем положение равновесия контролируется посредством нуль-органа.

Измерительный мост постоянного тока – мост измерительный, работает на постоянном токе. Такие мосты используются в измерительной, управляющей и регулирующей технике для измерения неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в постоянное или переменное значение сопротивления.

Измерительный мост полного сопротивления – мост измерительный переменного тока для измерения полных сопротивлений. В зависимости от преобладающей реактивной части сопротивления различают емкостные и индуктивные измерительные мосты. Комбинированные измерительные мосты для измерения различных электрорадиоэлементов часто также называют измерительными мостами полных сопротивлений.

Измерительный мост частоты является примером, работающим на переменном токе, предназначен для измерения частоты. В мостах измерительных переменного тока для измерения частоты в качестве рабочего используется напряжение измеряемой частоты. Процесс измерения в данном случае заключается в подборе отдельных элементов мостовой схемы, а уравновешивание достигается при условии равенства значений измеряемой и собственной частоты моста. При таких измерениях используются обычно две схемы: измерительный мост Вина—Робинсона и мост измерительный резонансного типа.

Измерительный мост индуктивности является измерительным мостом полных сопротивлений, предназначен для измерения индуктивности. Различные типы мостов измерительных индуктивных применяются для измерения собственной индуктивности и добротности катушек и индуктивно связанных цепей, а также для измерения взаимной индуктивности и коэффициента связи соответствующих цепей.

Измерительный мост переменного тока – мост измерительный, работающий на переменном токе. Такой мост позволяет измерять сопротивление, частоту или какие-либо искажения. Выполнение условий равновесия измерительного моста контролируется нуль-индикатором переменного тока. Частота рабочего или измерительного напряжения в зависимости от данного практического случая может быть различной. Она может находиться в пределах от 50 Гц до 5 кГц. На практике во многих случаях используется кГц. С увеличением частоты растет влияние паразитных связей между различными цепями моста и взаимодействия с внешней средой. С этим борются с помощью высокоомной изоляции, бифилярных кабельных линий, выполнением специальных требований при конструировании, а также непосредственным или косвенным заземлением и экранированием.

Измерительный мост емкостный представляет собой измерительный мост полных сопротивлений для измерения емкости. Мосты измерительные емкостные конструируют таким образом, что они используются исключительно для измерения емкости и коэффициента потерь конденсаторов и других устройств емкостного характера.

Измерительный мост декадный – такой мост измерительный, у которого отношения плеч имеют неизменные значения, а для уравновешивания моста применяется образцовое сопротивление, регулируемое малыми ступенями. У моста измерительного декадного (в отличие от реостатного моста) отношение плеч b = R3R4 во время измерений постоянно. Изменение диапазона измерений осуществляется варьированием старших декад. Уравновешивание данного моста осуществляется регулировкой сопротивления RN до тех пор, пока индикатор не покажет нуль. Во многих случаях образцовое сопротивление выполняется в виде декад сопротивлений, на которых с учетом отношения плеч моста значение неизвестного сопротивления RX считывается в цифровой форме:

RX = bRN

Измерительный мост нелинейных искажений

Измерительный мост нелинейных искажений представляет собой мостовую измерительную схему для измерения коэффициента гармоник.

Принцип действия данного прибора основан на сравнении эффективного значения совокупного сигнала (основная и высшие гармоники) U с эффективным значением высших гармоник U0. Для этого мостовая уравновешивается по основной гармонике, вследствие чего основная гармоника не создает разности потенциалов между точками А и В, тогда как напряжение высших гармоник U0 вызывает большое рассогласование мостовой схемы.

При этом коэффициент нелинейности искажений определяется соотношением:

На практике прибор снабжают переключателем, выставляют при помощи делителей напряжения одинаковые значения напряжений. Полученное при этом отношение плеч делителей напряжения принимают за значение коэффициента гармоник.

Измерительный мост Нернста—Хагена

Измерительный мост Нернста—Хагена представляет собой измерительный мост переменного тока, предназначен для измерения сопротивления гальванических элементов. Суть мостовой схемы заключается в соединении трех конденсаторов С3, С4 и СВ таким образом, чтобы на выходе гальванического элемента ток отсутствовал. Перемещением движка уравновешивающего потенциометра (переменного резистора) R2 добиваются минимальных показаний нуль-индикатора переменного тока. При этом получают отношение:

Измерительный мост неуравновешенный (или измерительный мост рассогласования) – мост измерительный, использующий комбинацию компенсационного метода измерений и метода оценки. Измерительный мост неуравновешенный может работать как на постоянном, так и на переменном токе, он предназначен для точной индикации отклонений (малых) сопротивлений в плечах моста от установленного номинального значения. Основной сферой применения такого моста является измерение неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в изменение сопротивления. Мост уравновешивается номинальным значением измеряемой величины, изменение которой вызывает рассогласование схемы. Нуль-индикатор данного моста непосредственно градуируется в единицах измеряемой величины.

Измерительный мост реохордный

Измерительный мост реохордный – мост измерительный, содержащий постоянное образцовое сопротивление и реохорд в качестве плеч мостовой схемы. Мост измерительный реохордный отличается от измерительного моста со ступенчатым уравновешиванием тем, что образцовое сопротивление в течение измерений имеет постоянное значение. Для изменения поддиапазона измерения это сопротивление варьируется подекадно. Сопротивления двух других плеч моста R3 и R4 выполнены из однородной резистивной проволоки, по которой перемещается вывод индикатора для уравновешивания моста. Положение скользящего контакта определяет отношение плеч моста:

Значение известного сопротивления RX получается путем умножения отношения плеч моста на значение образцового сопротивления RX = dRN. Измерительный преобразователь широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, и в частности в электротехнических и радиоэлектронных производствах. Измерительный преобразователь подразделяется по сфере применения и устройству на несколько видов:

  1) измерительный преобразователь аналоговый;

  2) измерительный преобразователь функциональный;

  3) измерительный преобразователь цифровой и др.

Измерительный преобразователь аналоговый – преобразователь, осуществляющий преобразование входного аналогового сигнала в пропорциональный ему выходной сигнал (например, измерительный усилитель, трансформатор тока, трансформатор напряжения). Во многих случаях выходной сигнал из измерительного преобразователя приводится к стандартному виду. Измерительный преобразователь функциональный – средство измерения, предназначенное для преобразования измеряемой величины или другой величины, связанной с измеряемой функциональной зависимостью, к виду, пригодному для передачи, обработки и (или) запоминания. Выходная величина измерительного преобразователя функционального может сниматься как автоматически, так и непосредственно оператором (наблюдателем). Примером измерительного функционального преобразователя являются преобразователи измерительные аналоговый и цифровой, трансформаторы измерительные электрические.

Измерительный преобразователь цифровой – прибор, осуществляющий цифровую обработку сигнала, отличается от других преобразователей наличием цифрового сигнала на входе и (или) на выходе.

Большую группу составляют так называемые первичные измерительные преобразователи, к которым относятся:

1) измерительный преобразователь первичный электродинамический – первый элемент в измерительной цепи при измерении ускорения или косвенном измерении перемещения. Принцип действия такого прибора заключается в перемещении электрической катушки относительно магнита. При внешнем ускорении устройства возникает относительное движение катушки и магнита, вследствие чего в катушке индуцируется напряжение, которое по закону электромагнитной индукции пропорционально скорости изменения магнитного поля в катушке. Таким образом, мгновенное значение индуцированного напряжения есть мера ускорения. Путем компьютерной обработки выходного сигнала (в виде интегрирования) определяется значение измеряемой величины (перемещения или скорости). Подобные измерительные преобразователи первичные (электродинамические) применяются главным образом в системах автоматических производственных линий во многих отраслях машиностроения России;

  2) измерительный преобразователь первичный пьезоэлектрический – первый элемент в измерительной цепи при измерении усилия. Данное устройство использует пьезоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении электрического напряжения между двумя пластинками из определенных материалов (например, турмалина, кварца) при прикладывании к ним внешнего усилия. Это напряжение пропорционально усилию. Вследствие нестабильности явления во времени применение пьезоэлектрических первичных измерительных преобразователей целесообразно при динамических нагрузках;

  3) измерительный преобразователь омический первичный (резистивный) – первый элемент в измерительной цепи при измерении перемещения. В этом устройстве преобразование длины (перемещения) в электрическую величину (ток, напряжение, сопротивление) осуществляется на основе пропорциональной зависимости омического сопротивления линейного проводника от его длины. Измерительный преобразователь омический первичный применяется главным образом при невысоких требованиях (производственного характера) в условиях статических измерений, а при более высоких требованиях используются омические преобразователи, выполненные в виде тензометрических преобразователей;

  4) измерительный преобразователь емкостный первичный – первый элемент в измерительной цепи при измерении перемещения. Данный вид измерительного преобразователя представляет собой конденсатор с пластинчатыми или цилиндрическими электродами, расстояние между которыми может изменяться. Пропорциональность между емкостью конденсатора и межэлектродным зазором облегчает переход от длины (т. е. перемещения) к электрической величине. Изменение емкости измеряется с помощью мостовой емкостной схемы. Преобладающее распространение во многих современных отраслях промышленного производства с автоматизированными системами управления получила дифференциальная конструкция емкостного первичного измерительного преобразователя;

  5) измерительный преобразователь индуктивный первичный – первый элемент измерительной цепи при измерении перемещения. Принцип работы такого устройства основан на том, что индуктивность электрической катушки пропорциональна ее магнитному сопротивлению. Ее изменение (например, путем изменения воздушного зазора в магнитопроводе) определяется измерительным индуктивным мостом. В зависимости от конструкции различают измерительные преобразователи с поперечным и втяжным (продольным) якорем;

  6) измерительный преобразователь термоэлектрический первичный – измерительный преобразователь для электрического измерения температуры. К термоэлектрическим первичным измерительным преобразователям относятся термоэлементы (термопары) и термосопротивления (термисторы). Данные измерительные преобразователи широко применяются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, и прежде всего в производствах с автоматизированными системами управления, причем с подключением к локальной компьютерной сети.

Измерительный прибор

Измерительный прибор представляет собой измерительный механизм в корпусе в совокупности с конструктивными элементами и отдельными принадлежностями. Другое определение – техническое средство для измерения и индикации (выдачи потребителю) значения измеряемой величины. Измерительные приборы в общем случае осуществляют преобразование измеряемой величины или других величин, определенным образом связанных с измеряемой величиной, в показание или соответствующую показанию информацию на дисплее компьютера. Электроизмерительные приборы показывают значения электрических величин или преобразованных в электрические неэлектрических величин. С этой целью они могут комплектоваться соответствующими дополнительными элементами. Электроизмерительные приборы делятся на приборы непосредственной оценки и электронные измерительные приборы. Кроме того, измерительные приборы подразделяются на показывающие, интегрирующие, контактные и регистрирующие. В зависимости от места применения и возможности его изменения различают стационарные и переносные измерительные приборы. Практически во всех отраслях промышленного производства и непроизводственной хозяйственной сфере России широко используются следующие виды измерительных приборов.

  1. Измерительные приборы астатические – разновидность конструкции измерительного прибора, отличающаяся наличием двух одинаковых, механически связанных измерительных механизмов, имеющих целью исключить влияние внешних однородных магнитных полей. Активная часть измерительного механизма данного прибора состоит из двух частей. Они соединены таким образом, что токи в обеих катушках (электрических), создающих поле, и в обеих вращающихся (на общей оси) катушках (электрических) имеют противоположные направления, при этом возникают два вращающих момента, которые складываются. Мешающее поле (так называемое паразитное), пронизывающее обе части измерительного механизма в одном направлении (поток одного усиливается, а другого уменьшается), создает два дополнительных, одинаковых по значению, но противоположно направленных вращающих момента. Вследствие механической связи подвижных органов эти дополнительные моменты взаимно уничтожаются, и индицируется значение, пропорциональное току в катушке. На шкалу астатического измерительного прибора наносится соответствующий символ. Во многих случаях астатические измерительные приборы подключаются к локальной компьютерной сети, входящей в систему автоматического управления производственным процессом.

  2. Измерительный прибор контактный – измерительный прибор, характеризующийся изменяющимся состоянием выходной цепи при достижении измеряемой величиной определенного значения.

Замыкание контакта может осуществляться непосредственно или косвенно (например, при рассогласовании колебательного контура или путем прерывания светового луча фотоэлемента (указателем)).

  3. Измерительный прибор электронный – прибор, в котором процесс измерения осуществляется посредством электронных схем. Определение и индикация измеряемого значения у измерительных электронных приборов осуществляются посредством схем, построенных на радио– и электронных элементах, работа которых основана на электронной проводимости в полупроводниках, в вакууме или в газовой среде (таких как диоды, транзисторы, интегральные микросхемы и т. д.). Мощность, потребляемая электронными схемами, отбирается от источников питания (электрической сети или батареи), поэтому (в отличие от электрических приборов с непосредственной оценкой) энергия измеряемой цепи почти не расходуется (не потребляется);

  4. Измерительный прибор комбинированный (его также определяют как тестер, мультиметр, универсальный измерительный прибор) – прибор с несколькими измерительными поддиапазонами для различных электрических величин, основу которого составляет измерительный механизм магнитоэлектрической системы с выпрямителем, добавочными шунтирующими сопротивлениями сравнения и соответствующими переключателями, а также усилителями, схемами защиты, цепями питания и отдельными принадлежностями.

Различные измерительные поддиапазоны по току и напряжению образуются путем комбинации многодиапазонных измерителей тока и напряжения. Суммарный диапазон измерения задается как параметр прибора. Возможность измерения как постоянных, так и переменных величин обеспечивается подключением выпрямительных устройств к магнитоэлектрическому измерительному механизму. Правильная индикация переменных величин обеспечивается только при их синусоидальной форме. При измерении сопротивления и емкости последовательно с измерительным механизмом и измеряемым объектом подключается встроенный или внешний источник постоянного или переменного напряжения. Измеренное значение, пропорциональное току, считывают по шкале, отградуированной в единицах сопротивления или емкости. При измерении усиления и ослабления определение уровня напряжения осуществляется относительно общепринятого уровня 0,775 В (это значение соответствует мощности в мВт на сопротивлении в Ом). Для комбинированных измерительных приборов особую опасность представляет перенапряжение вследствие неправильного обслуживания или подключения, поэтому в указанных приборах предусматриваются быстродействующие пороговые отключатели или (и) электронные схемы защиты. В электронных комбинированных измерительных приборах измеряемая величина вначале подвергается обработке согласованным двигателем, а затем подается на устройство индикации (или компьютер с принтером). В случае необходимости с помощью измерительной головки область измерений комбинированного прибора может быть расширена. В последнее время аналоговая шкала комбинированного измерительного прибора практически повсеместно заменена цифровой индикацией.

Комбинированный измерительный прибор с чисто цифровой индикацией называют также цифровым мультиметром. Измерительный прибор комбинированный (или универсальный, или тестер) широко применяется не только в электротехнической и радиоэлектронной промышленности, но и в сфере сервисного обслуживания теле– и радиоаппаратуры всех видов.

Кроме перечисленных выше измерительных приборов, имеются следующие приборы:

  1) прибор измерительный в виде клещей – конструктивная комбинация токоизмерительных клещей с соответствующим измерителем тока;

  2) измерительный прибор интегрирующий – прибор, осуществляющий суммирование входной величины по независимой переменной, например счетчик;

  3) измерительный прибор искажений – мост измерительный гармоник;

  4) измерительный прибор переносной – прибор, легко транспортируемый к месту измерения. Связь с измеряемым объектом и дополнительными устройствами и цепями осуществляется оператором-измерителем на месте измерения;

  5) измерительный прибор стационарный – прибор, предназначенный для эксплуатации на месте монтажа. Конструкция такого прибора предусматривает его жесткое закрепление на рабочем месте. Связь с измеряемыми цепями (а в необходимых случаях – с другими электроцепями) осуществляется стационарно проложенными кабелями;

  6) измерительный прибор прецизионный (прибор измерительный точный);

  7) измерительный прибор показывающий – прибор, индицирующий измеренное значение. Данный прибор имеет устройство индикации, позволяющее определить измеренное значение по положению указателя относительно делений шкалы или непосредственным считыванием показаний цифрового индикатора;

  8) измерительный прибор с регистрацией в коде – регистрирующий прибор, осуществляющий регистрацию измерительной информации в виде кодированных данных.

Такие приборы подключаются к компьютерам с принтером (или регистрация производится на дискету). Выпуск многих измерительных приборов резко сократился в 1990-х гг., поэтому до сих пор (по состоянию на март 2007 г.) в эксплуатации находятся приборы разных видов и типов, изготовленные на советских предприятиях во второй половине 1980-х гг., со Знаком качества СССР (прошедшие проверку в специальных лабораториях Госстандарта России).

Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор широко применяется во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России.

Измерительный трансформатор.

Трансформатор имеет несколько видов.

  1. Измерительный трансформатор комбинированный – конструктивное соединение трансформатора тока и трансформатора напряжения. Преимущество такого измерительного трансформатора состоит в экономии дорогостоящих изоляционных материалов и необходимого для их размещения места.

  2. Измерительный трансформатор проходной – переносной многодиапазонный измерительный трансформатор тока. В этом трансформаторе вторичная обмотка и ферромагнитный сердечник конструктивно объединены. Первичная линия (ток которой измеряется) должна проходить через измерительный трансформатор проходной «насквозь», при этом диапазон измерений определяется числом проходящих через трансформатор проводников.

  3. Измерительный трансформатор напряжения – устройство, применяемое в сильноточной (т. е. высоковольтной) технике для целей измерения, защиты и безопасности. Измерительные трансформаторы напряжения являются трансформаторами малой мощности, способствующими проведению экономичных и безопасных измерений напряжения в высоковольтных электроустановках.

В Советском Союзе на измерительные трансформаторы напряжения распространялись стандарты (ГОСТы), нормировавшие погрешность коэффициента трансформации и сдвига фазы, прочность изоляции, нагрузочную способность вторичной цепи (т. е. полную проводимость нагрузки), маркировку клемм.

Для измерительных трансформаторов напряжения по ГОСТам СССР требовалось соблюдение правил подключения к измеряемой цепи. В соответствии с такими правилами один из полюсов вторичной цепи должен быть защищен, а незащищенный полюс вместе с сердечником должен быть заземлен. Номинальный коэффициент трансформации К данного трансформатора выражается через номинальные значения напряжений и количество витков в обмотках следующим образом:

где индекс P указывает на первичную, а индекс S – на вторичную обмотку.

  4. Измерительный трансформатор тока – устройство, применяемое в сильноточной электротехнике для целей измерений, защиты и безопасности. Данные трансформаторы тока являются трансформаторами малой мощности, посредством которых осуществляется экономичное и безопасное измерение тока на электроустановках среднего и высокого напряжений. В распространявшихся на измерительные трансформаторы тока в Советском Союзе стандартах (т. е. ГОСТах) нормировались погрешности коэффициента трансформации и сдвига фазы, прочность изоляции, нагрузочная способность вторичной цепи (т. е. полное сопротивление нагрузки) и обозначение клемм. Кроме того, по условиям ГОСТов требовалось соблюдение правил подключения измерительного трансформатора тока. Основным условием при этом являлось то, что вторичная цепь не должна работать в режиме холостого хода. Таким образом, возможны два варианта: либо номинальное полное сопротивление нагрузки, либо короткое замыкание вторичной обмотки. Поэтому устройства защиты данного прибора во вторичную цепь не включаются. В данном случае номинальный коэффициент трансформации определяется через параметры первичной (индекс n) и вторичной (индекс B) цепей – номинальные токи i и число витков N:

Разновидностями конструкции измерительного трансформатора тока являются многодиапазонный и суммирующий трансформаторы тока, из переносных конструкций – измерительный трансформатор тока проходной и токотрансформаторные клещи (также применяются для выполнения измерений.

  1. Измерительный трансформатор электрический – рабочее средство сильноточной электротехники, являющееся вспомогательным для измерительных устройств.

В электроизмерительной технике трансформаторы электрические измерительные служат для пропорционального и согласованного по фазе преобразования подлежащих измерению переменных токов и напряжений до уровней, которые могут быть измерены. В результате достигаются расширение диапазонов измерения используемых измерительных приборов и гальваническое разделение измерительной цепи от измеряемой, к которой подключены измерительные приборы.

Индуктивный датчик

Индуктивный датчик, или первичный индуктивный преобразователь, является составной частью какого-либо средства измерения. Такое средство измерения с индуктивным датчиком называется электронной измерительной системой, которая состоит из двух частей:

  1) индуктивного датчика (или первичного индуктивного преобразователя);

  2) электронного блока с отсчетным устройством.

Индуктивный датчик имеет стержень измерительный с якорем и ряд катушек (электрических) индуктивности (индуктивность есть физическая величина, определяющая магнитные свойства электрической цепи).

Индуктивный датчик обычно монтируется в трубке-корпусе с наружным присоединением (диаметром 8 мм или 28 мм в зависимости от диапазона измерений и показаний). Индуктивный датчик может устанавливаться в стойке типа C-I или C-III – в зависимости от цены деления шкалы отсчетного устройства и диаметра присоединительной трубки, как обычная инструментальная измерительная головка.

Электронный блок имеет корпус, в котором смонтирована преобразующая группа, получающая сигналы от индуктивного датчика и подающая затем их преобразованными в угловые повороты стрелки-указателя.

Эти повороты отсчитываются по специальной шкале электронного блока.

В последних моделях электронной измерительной системы с индуктивным датчиком электронный блок подключается к компьютеру с принтером и показания фиксируются в виде цифр.

Применение электронной измерительной системы, содержащей индуктивный датчик:

  1) измерение малых линейных перемещений;

  2) измерение линейных размеров высокой точности изготовления методом сравнения с мерой;

  3) измерение отклонений формы поверхности или отклонений расположения поверхностей.

Преимущество индуктивного датчика: он может находиться на расстоянии от электронного блока со шкалой (в разных помещениях, внутри какого-либо агрегата, а блок – на столе исполнителя, рядом с компьютером.

Калибратор

Калибратор – источник (генератор) образцового сигнала или сигнала с известным параметром (в виде электрического напряжения, частоты временного интервала, амплитуды и др.); предназначен для настройки и проверки средств измерений, а также для точных измерений некоторых электрических мер.

Этот прибор применяется в основном в электротехнической и радиоэлектронной промышленности России.

Калориметр

Калориметр (от лат. calor – «топливо» и metreo – «измеряю») – прибор для определения различных тепловых характеристик и величин: удельной теплоемкости, теплоты сгорания, теплоты растворения, энергии излучения (например, лазеров) и т. д. Действие калориметра основано на измерении количества теплоты, переходящей от одного объекта к другому.

Калориметры предназначены для измерения количества теплоты, выделившейся:

  1) на разных стадиях процесса (какого-либо вида) – так называемые калориметры-осциллографы;

  2) в течение всего процесса – так называемые калориметры-интеграторы.

В жидкостных калориметрах введенное количество теплоты определяется по изменению температуры калориметрической системы прибора (сосуд с жидкостью, камера и другие части калориметра); в изотермических калориметрах измеряется масса вещества, изменившего агрегатное состояние (например, растаявший лед). Калориметры используются также при проведении научноисследовательских работ для изучения скорости протекания каких-либо процессов, структуры растворов и др. В целом калориметры широко применяются во многих отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России.

Квадрант

Квадрант (от лат. quadrans (quadrantis) – «четвертая часть» – различаются:

  1) квадрант плоскости – любая из четырех областей (углов), на которые плоскость делится двумя взаимно перпендикулярными прямыми, принятыми в качестве осей координат;

  2) квадрант круга – сектор с центральным углом в 90°; 1/4 часть круга.

Квадрант – простейший астрономический прибор, применявшийся в глубокой древности для определения положения небесных светил на небесной сфере.

Квадрант широко использовался мореплавателями и путешественниками древности и Средневековья для определения своего местонахождения в морях и океанах, в пустынных, безлюдных районах Земли.

Квантовый магнитометр

Квантовый магнитометр – прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитных полей, базирующийся на квантовых явлениях. Подобные явления – квантовые изменения магнитного потока в сверхпроводящем контуре, квантовые переходы между магнитными подуровнями атомов, а также упорядоченная свободная прецессия электронных или ядерных магнитных моментов.

Квантовые магнитометры используются в основном для измерения напряженности слабых магнитных полей и, например, магнитного поля Земли и его аномалий на ее поверхности и на высотах, которые соответствуют орбитам искусственных спутников Земли и баллистических ракет, для измерения в космическом пространстве магнитных полей планет Солнечной системы. Квантовые магнитометры используются также для обнаружения полезных ископаемых, поиска затонувших судов, для магнитного каротажа и т. п.

Уровни энергии молекул, атомных ядер или электронов атомов, которые обладают магнитными моментами, в магнитном поле разделяются на несколько подуровней, разность энергий между которыми напрямую зависит от величины магнитного поля и во многих случаях пропорциональна его напряженности. Частицы могут перемещаться с одного магнитного подуровня на другой, излучая или поглощая порцию электромагнитной энергии. Частота электромагнитного поля равна частоте прецессии магнитного момента, расположенного вокруг направления магнитного поля. Частота 0,1 лежит в радиодиапазоне. Измеряя ее по резонансному поглощению веществом радиоволн, можно узнать напряженность магнитного поля. Исходя из того, что коэффициент пропорциональности между частотой и полем выражается с помощью атомных констант, характеризующихся весьма высокой воспроизводимостью и стабильностью, чувствительность таких квантовых магнитометров высока. Наиболее совершенные квантовые магнитометры данного типа обладают чувствительностью до 10-8 э или 10-3 гамм.

В электронном квантовом магнитометре используется прецессия в магнитном поле магнитных моментов неспаренных электронов парамагнитных атомов.

Частота прецессии для электронов в поле напряженностью 1 э равна 2,8 МГц. Изменение поля на 1 гамму приводит к смене частоты прецессии на 28 Гц, что в 660 раз больше, нежели для протонных магнитометров.

Для получения достаточно больших ЭДС используют методы динамической поляризации ядер. При этом ориентация магнитных моментов протонов производится с помощью их взаимодействия с электронными моментами парамагнитных ионов. Данным способом ядерную намагниченность можно увеличить в несколько сот раз. Использование вещества, которое содержит радикалы нитрозодисульфоната калия, дает возможность увеличить намагниченность еще приблизительно в 40 раз.

У оптического магнитометра датчиком прибора служит стеклянная колба, наполненная парами щелочного металла, атомы которого являются парамагнитными, так как содержат один неспаренный электрон. При пропускании через колбу, которая помещена в измеряемое магнитное поле, циркулярно поляризованного света, частота которого соответствует частоте оптического квантового перехода между обычным состоянием атома и его возбужденным состоянием, осуществляется резонансное рассеяние света. При этом момент количества движения квантов рассеиваемого света посылается атомам, которые подобным образом «оптически ориентируются», центрируясь на одном из магнитных подуровней обычного состояния. Если в объеме колбы датчика возбудить переменное магнитное поле, частота которого соответствует частоте квантового перехода между магнитными подуровнями обычного состояния, то на магнитных подуровнях населенность атомов выравнивается, атомы теряют накопленную преимущественную ориентацию магнитных моментов и возвращаются в начальное состояние. При этом пары металла, которые наполняют колбу, опять начинают сильно рассеивать и поглощать свет. Измеряя частоту переменного поля, можно найти напряженность магнитного поля, в котором расположена колба датчика.

Оптические квантовые магнитометры очень удобны для измерения слабых полей. Чувствительность, которую можно достигнуть с помощью таких приборов, позволяет мерить очень слабые поля, например в космическом пространстве.

Сверхпроводящий магнитометр базируется на делении магнитного потока, который захвачен сверхпроводящим кольцом. Значение захваченного потока кратно кванту магнитного потока. Полный ток, который протекает через параллельные соединения двух переходов Джозефсона, в результате сложения токов, протекающих по каждой из ветвей, меняется пропорционально косинусу заряда электрона, деленного на постоянную Планка, умноженную на магнитный поток. Наблюдая за переменами тока, протекающего через двойной переход Джозефсона, возможно измерять магнитный поток и, имея площадь сечения перехода, найти напряженность измеряемого магнитного поля. В том случае, если площадь, которая охвачена двумя переходами, равна 1 мм2, максимумы тока поделены расстоянием, равным удвоенному ускорению свободного падения. Таким способом можно регистрировать десятую часть данного интервала. Чувствительность способа составляет в подобном случае 0,2 гаммы.

Все квантовые магнитометры не реагируют на вибрации; их показания не зависят от расположения прибора относительно измеряемого поля и незначительно зависят от смены влажности, давления, температуры и т. п.

Кварцевые часы

Кварцевые часы – устройство для точного измерения времени, в котором для отсчета времени используются колебания кварцевого резонатора. Для возбуждения колебаний резонатора служит кварцевый генератор. Кварцевые часы содержат также делитель частоты, позволяющий получать низкочастотные сигналы точного времени, и счетчик импульсов. С помощью кварцевых часов измеряют интервалы времени с погрешностью до 10-10с.

Колориметр

Колориметр (от лат. color – «цвет» и metreo – «измеряю») – общее название приборов двух различных типов. Колориметры первого типа (колориметры трехцветные) служат для измерения и количественного выражения цвета в виде трех чисел – так называемых координат цвета. Эти координаты представляют собой интенсивности световых потоков основных цветов, дающих при смешении цвет, неотличимый от измеряемого. Колориметры широко применяются в электротехнической, химической, радиоэлектронной промышленностях для контроля цвета источников света, красок, отражающих материалов, экранов черно-белых и цветных телевизоров и др. Колориметры второго типа определяются как химические (или концентрационные), их используют для определения концентраций веществ в окрашенных растворах, содержания различных компонентов в продуктах химического производства, нефтепродуктах и пр.

Действие химических колориметров основано на зависимости степени поглощения света определенной длины волны (т. е. определенного цвета) от содержания того или иного компонента в жидкости. Поглощение в исследуемой жидкости сравнивается с поглощением в эталонной, с известным содержанием компонента, после чего по известным в оптике соотношениям (закон Бугера– Ламберта—Бера) рассчитывается измеряемая концентрация (обычно погрешность данного прибора составляет от 10-8 до 10-3 моль/л – в зависимости от рода определяемого вещества). Как трехцветные, так и химические колориметры бывают визуальными (сравнение цвета или степени поглощения производится глазомерно) и фотоэлектрическими. Колориметры фотоэлектрические получили максимальное применение еще в 1970—1980-х гг. в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса Советского Союза.

Такие приборы (как показала многолетняя практика их применения) обладают высокой точностью и дают возможность автоматизировать процессы измерения. В медицинских лабораториях (в 1970-х гг.) советских медучреждений широко применялся колориметр клиновой, предназначенный для количественного определения концентрации вещества путем сравнения интенсивности окраски исследуемого и эталонного (стандартного) растворов. Эталонный раствор заливали в сосуд, имеющий форму клина, в котором интенсивность окраски стандартного раствора ослабевает по мере уменьшения толщины клина. Погрешность такого прибора не превышала 5%. В комплект колориметра клинового входили пять клиньев с притертыми пробками, соответственно пять эталонных растворов, а также четыре кюветы, из которых две открыты, а две имеют притертые пробки. Клинья и кюветы изготавливались из высококачественных сортов специального стекла, потому что от этого зависела точность измерений (примечание: кювет – от фр. cuvette – «лохань», «таз»; т. е. емкость определенного размера, в данном случае – стеклянная). При выполнении измерений внутри корпуса колориметра клинового размещались клин и стеклянная кювета с исследуемым раствором. Размер кюветы в направлении просвечивания соответствовал размеру наиболее широкой части клина. Внутри корпуса указанного колориметра имелись направляющие для клина и кюветы (последняя перемещалась по высоте с помощью колесика-маховичка, выходившего на правую боковую поверхность корпуса (этого прибора). В медицинских лабораториях того времени колориметр клиновой использовался, в частности, для определения содержания холестерина в исследуемой крови. В настоящее время колориметры клиновые применяются очень редко, потому что повсеместно заменены другими приборами, более совершенными.

Компаратор

Компаратор (от лат. compare – «сравниваю») – измерительный прибор, предназначенный для сравнения измеряемой величины с эталонной (например, равноплечие весы, потенциометр и другие приборы сравнения).

Компараторы подразделяются на:

  1) оптические;

  2) электрические;

  3) пневматические и др.

Компараторы примеряются главным образом для поверки линейных мер, измерений напряжения переменного тока, напряженности электромагнитного поля излучающих систем, сравнения цвета окрашенных растворов и т. д. На машиностроительных предприятиях Советского Союза в 1960—1980-х гг. широко применялся интерференционный компаратор Кестерса. В этом приборе пучок параллельных лучей определенной длины волны (одного цвета) подразделяется наклонной пластинкой на два пучка. Один из пучков лучей в компараторе Кестерса отражается частично от стеклянной пластинки, а частично – от проверяемой плитки, второй пучок отражается от зеркала. После нескольких отражений пучки лучей вновь соединяются и интегрируют между собой. Интерференционная картина рассматривается непосредственно глазом через специальную щель прибора; при этом поверхности стола и плитки кажутся пересеченными системой полос, сдвинутых одна относительно другой. Величина сдвига выражает дробную долю общего числа длин полуволн света, заключающихся в длине плитки. Такое же измерение проводится и для 3 других линий спектра (других длин волн). Если заранее приближенно определить измеряемый размер, то по дробным долям, полученным для разных длин волн, можно найти размер плитки, наиболее точно им соответствующий. В настоящее время компараторы Кастерса на машиностроительных предприятиях России применяются очень редко – на смену им пришли более точные лазерные компараторы. В картографических работах используются стереокомпараторы, а в астрономических исследованиях (для сравнения спектров и астрографий) – спектрокомпараторы и блинк-компараторы.

Компрессионный вакуумметр

Компрессионный вакуумметр – жидкостный вакуумметр, в котором для измерения давления газ подвергается предварительному сжатию (т. е. компрессии – силовому воздействию на газообразную среду, приводящему к уменьшению занимаемого объема в пределах какой-либо емкости, а также к повышению давления и температуры среды). Действие компрессионного вакуумметра основано на законе Бойля—Мариотта. Данным прибором измеряют давление какой-либо газообразной среды до 10-3 Па.

Консистометр

Консистометр (от лат. consisto – «состою» и metreo – «измеряю») – прибор для измерений в условных единицах консистенции коллоидных и желеобразных веществ, а также грубодисперсных сред. По принципу измерения консистометры бывают массовые, индукционные и использующие гамма-излучение. Данные приборы широко применяются в различных отраслях промышленнохозяйственного комплекса России, в том числе на предприятиях пищевой, химической промышленности, а также в производствах строительных материалов и в сельском хозяйстве.

Координатомер

Координатомер, координатная мерка – устройство для измерений прямоугольных координат точек (ориентиров, целей и т. п.) на топографических картах с координатной сеткой и для нанесения точек по координатам на карты. Координатомер представляет собой обычно прозрачную пластмассовую пластинку с квадратным или прямоугольным вырезом, по краям которого нанесены шкалы. Данное несложное устройство широко применяется в топографии, артиллерии, морском деле и др.

Коррелометр

Коррелометр (от слова «корреляция», позднелат. – correlate – «соотношение» и metreo – «измеряю») – коррелятор, коррелограф – прибор для измерений коэффициента корреляции, обычно в пределах от 0,01 до 1; предназначен для анализа различных физических явлений, имеющих вероятностный (случайный) характер (например, шумы, т. е. помехи, в радиоприемных устройствах, потоки космических частиц, биопотенциалы).

Коррелометры бывают аналоговые и цифровые с микропроцессором (последние более точны, но сложнее в конструктивном плане).

Координатноизмерительная машина

Координатно-измерительная машина была разработана советскими конструкторами в начале 1960-х гг., а в конце 1960-х стала выпускаться Одесским станкостроительным заводом имени С. М. Кирова.

В 1970-е гг. эта машина была усовершенствована конструкторским бюро филиала ЭНИМС в Вильнюсе. Новая координатно-измерительная машина модели ВЕ155 была оснащена системой автоматического управления, в том числе мини-ЭВМ (т. е. компьютером с принтером).

Координатно-измерительная машина ВЕ155 обладает высокой универсальностью – на ней измеряются и обрабатываются данные результатов следующих измерений:

  1) линейные размеры;

  2) угловые размеры;

  3) отклонения формы;

  4) отклонения расположения поверхностей самого различного типа;

  5) межосевые расстояния отверстий в деталях, имеющих сложные конструктивные формы.

Данная машина является трехкоординатной с перемещениями по оси У = 630 мм, по оси Х = 1000 мм и по оси Z = 400 мм. Погрешность перемещения по указанным осям составляет до 6 мкм. Координатно-измерительная машина ВЕ155 имеет:

  1) предметный стол, на котором неподвижно устанавливается измеряемая деталь;

  2) портал, перемещающийся по основанию машины в направлении оси У;

  3) каретку, которая перемещается по порталу в направлении оси Х;

  4) штангу, перемещающуюся в каретке вертикально по оси Z;

  5) индуктивный датчик-преобразователь, укрепленный на нижнем конце штанги и имеющий один, два или пять контактов (в зависимости от количества, формы и других особенностей поверхностей элементов измеряемой детали).

Данная машина (ВЕ155) выполняет движение портала, каретки и штанги в автоматическом режиме по командам программ мини-ЭВМ (т. е. компьютера), вводимым в устройство ввода программ.

Мини-ЭВМ имеет шкалы с цифровой индикацией, на которые выводятся данные сигналов индуктивного датчика. Эти сигналы возникают в индуктивном датчике в момент касания его контактов с поверхностями элементов измеряемой детали.

Счетно-решающее устройство мини-ЭВМ определяет отклонение сигнала индуктивного датчика от данных, заложенных в программу по заданным параметрам поверхностей, их форме, расположению, а в ряде случаев – и размерам элементов измеряемой детали.

Затем установленные отклонения выводятся на шкалы с цифровой индикацией и фиксируются с помощью цифропечатающего устройства (т. е. принтера).

Во время наладки машины по очередной программе предварительная оценка результатов измерения детали осуществляется исполнителем-оператором на экране дисплея.

КИМ модели ВЕ155 в случае необходимости работает также и в режиме ручного управления по командам рукояток приборов, размещенных на пульте.

Координатно-измерительные машины ВЕ155 выпускались в Вильнюсе до 1991 г., затем их изготовление прекратилось в связи с развалом Советского Союза.

На некоторых предприятиях различных отраслей машиностроения России до сих пор эксплуатируются КИМ ВЕ155, изготовленные в 1980-х гг. В целом особой сложности в конструктивном плане КИМ ВЕ155 не представляет.

Кронциркуль

Кронциркуль (от лат. krone – «корона», «венец») – весьма простой конструкции инструмент двух видов:

  1) измерительный инструмент в виде циркуля с дугообразными ножками для сравнения диаметров деталей и других размеров с размерами, взятыми по масштабной линейке, концевым мерам или калибрам. Некоторые измерительные кронциркули имеют определенную шкалу с пределами измерений в большинстве вариантов исполнения до 200 мм;

  2) чертежный кронциркуль, у которого угол между ножками устанавливается и фиксируется микрометрическим винтом. С помощью чертежного кронциркуля вычерчивают окружности диаметром от 2 до 80 мм.

Ксилометр

Ксилометр – прибор, предназначавшийся первоначально для определения объема объектов неправильной формы из древесины, а затем и из других материалов. Действие ксилометра основано на измерении объема (уровня) жидкости, вытесняемой в сосуде погруженным в него объектом измерения. Отсчет ведется по установленной вертикально градуированной трубке, сообщающейся с сосудом.

Курвиметр

Курвиметр (от греч. curvus – «кривой» и metreo – «измеряю») – прибор, предназначенный для измерений длин отрезков кривых и извилистых линий на топографических планах, картах и графиках. Курвиметры изготавливают с круговыми и прямолинейными шкалами в двух исполнениях:

  1) с неподвижным циферблатом и подвижной стрелкой или индексом;

  2) с подвижным циферблатом и неподвижным индексом.

Погрешность измерения длин отрезков кривых и извилистых линий данным прибором составляет около 1% длины линии. Принцип работы курвиметра основан на отсчете угла поворота измерительного ролика, ось которого должна удерживаться нормально к обводимой кривой.

Для получения высокой точности используются два ролика, между которыми установлена оптическая стеклянная лупа для наблюдений за перемещением вдоль кривой.

Длина кривой пропорциональна полусумме показателей отсчета роликов. Показания снимаются с двух шкал курвиметра. Движение на показывающие стрелки двух шкал передается посредством червячных передач.

Лекало

Лекало – инструмент очень простой конструкции, широко применяется, двух основных видов.

  1. Как чертежный инструмент, предназначенный для проведения или проверки кривых линий при чертежных или конструкторских работах. Различают лекало простые и универсальные (последние с переменной кривизной). Простое лекало представляет собой пластинку из дерева, пластмассы, реже из металла с криволинейной кромкой.

Универсальное лекало обычно представляет собой стальную линейку с устройством, изменяющим ее конфигурацию (т. е. кривизну).

  2. Лекало измерительное – бесшкальный мерительный инструмент или разметочное устройство в виде шаблона – стальной пластины с рабочей кромкой, очерченной по обратному (дополнительному) профилю изделия. Применяется главным образом в машиностроении и судостроении для контроля или обводки криволинейных контуров фасонных деталей (частей).

Линейка поверочная – инструмент, предназначенный для проверки прямолинейности поверхностей деталей станков, машин, различного оборудования и т. д. Инструментальные производства изготавливают по заказам потребителей самые разнообразные поверочные линейки следующих видов:

  1) лекальные – с двусторонним скосом, трех– и четырехгранные;

  2) мостики – с широкой рабочей поверхностью (прямоугольного или двутаврового сечения);

  3) клинья – угловые трехгранные.

Линейки поверочные имеют длину от 80 до 4000 мм, изготовляются из специальной инструментальной стали или высокопрочного чугуна.

Логометр

Логометр – измерительный механизм, индицирующий отношение двух электрических величин. Логометрическая конструкция может быть создана на базе широко известных измерительных механизмов. В измерительной технике со второй половины ХХ в. преимущественное использование получила конструкция со скрещенными катушками, через которые пропускаются токи, представляющие те величины, отношение которых должно быть индицировано (т. е. измерено), например измерительный механизм со скрещенными катушками, электродинамический логометр. В различных отраслях машиностроительного производства России для выполнения необходимых измерений используются логометры нескольких видов.

1. Логометр – измеритель отношений магнитоэлектрической системы, представляющий собой механизм магнитоэлектрической системы для измерения отношения величин. Данный механизм (логометр) отличается от традиционного измерительного механизма магнитоэлектрической системы наличием двух (вместо одной) жестко связанных друг с другом скрещенных катушек (электрических). Питание катушек логометра током осуществляется через мягкие неупругие металлические ленточки. Измерительный механизм логометра со скрещенными катушками не имеет механической установки нуля: во многих случаях для установки указателя на нулевую отметку шкалы используют дополнительный магнит. При протекании тока через катушки логометра на одной из них возникает левый вращающий момент, а на другой – правый. Оба момента компенсируются, если токи, протекающие по катушкам, одинаковы. Если же в одной из катушек ток оказывается слабее, чем в другой, то механизм поворачивается так, что катушка со слабым током располагается в той части воздушного зазора логометра, где магнитное поле сильнее, а катушка с большим током – там, где магнитное поле слабее. Логометр показывает независимо от абсолютных значений измеряемого напряжения и силы токов I1 и I только их отношение I1/I. Поэтому логометр применяют для измерения отношений двух токов или напряжений либо для измерения отношения напряжения и тока, т. е. для измерения сопротивления электрической системы, а также для измерения неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в ток.

2. Логометр электродинамический – измеритель отношений двух величин на базе электродинамического измерительного механизма. Для построения отношений измеряемых величин в электродинамических логометрах используются либо вращающаяся катушка со скрещенными обмотками, либо перекрестное поле двух неподвижных катушек. В зависимости от схемы электрической системы различаются области применения логометра:

  1) логометр – измеритель коэффициента мощности;

  2) логометр – измеритель емкости;

  3) логометр – измеритель индуктивности.

Логометр электродинамический используется при измерениях двух видов: первого со скрещенными катушками, где при помощи неподвижной катушки создается неоднородное магнитное поле, в котором размещается другая крестообразная катушка. В данном варианте логометра измеряемые токи подводятся к обеим частям (т. е. к обмоткам вращающейся катушки) через безмоментные пружины. Далее вращающие моменты, создаваемые обоими токами, направлены встречно, при этом вращающаяся катушка занимает в неоднородном поле стационарной катушки такое положение, при котором оба вращающих момента становятся равными по значению. Вследствие этого показание, как и в случае магнитоэлектрического логометра, зависит от отношения обоих токов и сдвига фаз между ними. Второй вид – логометр электродинамический с перекрестным полем. По сравнению с логометром со скрещенными катушками здесь роли катушек меняются. В данном случае имеются две пары неподвижных катушек, образующих цепь напряжения и создающих встречно направленные поля и соответствующие им вращающие моменты. Подвижная катушка имеет только одну обмотку, служащую токовой цепью.

Лот

Лот (от нем. Lot или голл. lood) – прибор для измерения глубины воды с судна. Глубина определяется длиной извлеченного из воды линя (прочного шнура или троса), к которому привязан груз, а также замером давления у дна или временем прохождения отраженного от дна звука (последнее осуществляется с помощью эхолота). Лот в простейшем виде широко применялся мореплавателями с глубокой древности. Современные суда оснащены новейшими приборами для определения глубины, в том числе эхолотами.

Люксметр

Люксметр (от лат. lux – «свет» и metreo – «измеряю») – прибор для измерения освещенности. Люксметры широко применяются в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России двух видов: фотоэлектрические и визуальные. Действие фотоэлектрического люксметра, который содержит фотоэлемент и гальванометр, основано на разностном измерении электрического тока в цепи фотоэлемента при изменении освещения чувствительной поверхности; освещенность определяется по показаниям гальванометра, проградуированного в люксах (лк – обозначение в системе СИ). Визуальный люксметр основан на уравнивании с визуальным контролем яркости двух смежных полей, освещенность одного из которых измеряется, а другого – известна и воспроизводится с помощью внутреннего источника света.

Магнитоэлектрический измерительный прибор

Магнитоэлектрический измерительный прибор – предназначен для измерений электрического напряжения, силы тока, сопротивления и т. д. Работа прибора основана на взаимодействии магнитного поля неподвижного постоянного магнита с магнитным полем измеряемого тока, протекающего по подвижному проводнику. Для магнитоэлектрического измерительного прибора характерны равномерная шкала, высокие точность и чувствительность, малое собственное потребление мощности. Данные приборы применяются в цепях постоянного тока в качестве амперметров и вольтметров (у этих приборов диапазон измерений от 10-6 до 103 А и от 10-3 до 103 В соответственно), гальванометров – для измерения малых сил тока (порядка 10-1 А) и малых напряжений (порядка 10-9 В), а также омметров. Кроме того, магнитоэлектрические измерительные приборы входят составной частью в выпрямительные, термоэлектрические, электронные, аналоговые и другие приборы, измеряющие силу переменного тока и напряжение низкочастотное и высокочастотное. Расширения пределов измерений силы тока достигают с помощью шунтов, а напряжения – с помощью добавочных регистров.

Магнесин

Магнесин (от греч. magnetis – «магнит» и synchronos – «одновременный») – бесконтактный преобразователь (датчик) углового положения вала. Применяется для дистанционной передачи показаний измерительных приборов и в других устройствах, где допускается ничтожно малая нагрузка на задающем валу (в частности, в магнитных компасах). Система для дистанционной передачи состоит из магнесина-датчика и магнесина-приемника, которые представляют собой тороидальные электромагниты переменного тока (статоры) с сердечниками из низкокоэрцитивного материала, питающиеся от общего источника и соединенные между собой проводами (т. е. выполнена линия связи). Внутри катушек находятся свободно поворачивающиеся постоянные магниты (роторы). В случае идентичных магнесинов при всяком повороте оси магнесина-датчика ось магнесина-приемника поворачивается на тот же угол.

Если их роторы занимают неодинаковое положение, то по обмоткам и проводам линии связи текут уравнительные токи, вызывающие устанавливающий (синхронизирующий) вращательный момент. Магнесины широко применяются в автоматизированных системах управления различных промышленных предприятий машиностроительной отрасли России.

Магнитный потенциометр

Магнитный потенциометр (потенциалометр) – прибор для измерения разности магнитных потенциалов (мдс) между двумя точками магнитной цепи. Магнитные потенциометры (или потенциалометры) бывают гибкие – в виде ленты из изоляционного материала с равномерно намотанным четным числом рядов провода (так называемый пояс Роговского) и жесткие (такая же обмотка, но на жестком каркасе из изоляционного материала).

Магнитометр

Магнитометр – прибор для измерений напряженности, направления и градиента магнитного поля (в том числе магнитного поля Земли). Магнитометры широко применяются в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России, а также при проведении специальных научно-исследовательских работ.

Данный прибор подразделяется на несколько видов: магнитостатические, магнитодинамические, электромагнитные, индукционные, квантовые (в том числе сверхпроводящие). По назначению различаются:

  1) магнитометры-эрстедметры, предназначенные для измерений напряженности магнитного поля по моменту сил, действующих на магнитную стрелку прибора в исследуемом поле;

  2) магнитометры-инклинаторы и деклинаторы, используемые для измерений направления магнитного поля в заданной точке земной поверхности;

  3) магнитометры-градиентометры, применяемые для измерений приращений составляющей напряженности магнитного поля в заданном направлении.

Манометр

Манометр (от греч. manos – «редкий, неплотный» и metreo – «измеряю») – прибор, предназначенный для измерений давления жидкостей и газов.

Манометры широко применяются в различных отраслях промышленно-хозяйственного комплекса России. Их существует несколько видов:

  1) для измерений абсолютного давления, отсчитываемого от нуля (т. е. полного вакуума);

  2) для измерений избыточного давления, т. е. разности между абсолютным и атмосферным давлением, когда абсолютное давление больше атмосферного;

  3) манометры в виде дифманометров для измерений разности двух давлений, каждое из которых, как правило, отличается от атмосферного.

Для измерений атмосферного давления применяют барометры, работающие аналогично манометрам. Для измерения давления, близкого к нулю (т. е. разреженной среды), в различной вакуумной технике применяются вакуумметры, принцип действия которых подобен манометрическому. При измерениях давления практически повсеместно используются манометры, у которых шкалы градуированы в различных единицах: кгс/м или кгс/см, бар, мм рт. ст.; мм вод. ст. и др. В международной системе единиц (СИ) принята единица давления паскаль (Па), поэтому на некоторых манометрах шкалы градуированы в Па. Основным конструктивным элементом манометра является чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления. В зависимости от принципа действия и конструкции чувствительного элемента различают манометры следующего исполнения:

1) жидкостные;

  2) поршневые;

  3) деформационные;

  4) пружинные (пружинные манометры, в свою очередь, подразделяются на трубчатые, мембранные и сильфонные).

Кроме того, находят применение манометры, действие которых основано на измерениях изменений физических свойств различных веществ под действием давления.

Современные манометры часто представляют собой сложные измерительные устройства, состоящие из нескольких функциональных блоков, иногда не связанных в одно конструктивное целое. Кроме манометров с непосредственным отсчетом показаний или их регистрацией, широкое применение находят так называемые бесшкальные манометры с унифицированными пневматическими или электрическими выходными сигналами, используемые в системах контроля, автоматического регулирования и управления различными технологическими процессами. Жидкостные манометры (абсолютного давления) применяются для измерений давлений от 1 до 105 Па, поршневые манометры (абсолютного давления) выполняют измерения давления от 1 до 107 Па; деформационные манометры (абсолютного давления) предназначены для измерений давления от 1 до 108 Па. Манометры жидкостные (избыточного давления) используются для измерений давления выше атмосферного до 106 Па; манометры поршневые (избыточного давления) измеряют давление от уровня атмосферного давления до 109 Па; манометры деформационные (избыточного давления) применяются для измерений давлений от уровня атмосферного давления до 109 Па; манометры (избыточного давления) косвенные используются для измерений давления в пределах от 108 до 1010 Па.

Манометры широко применяются в:

  1) компрессионных установках промышленных, строительных, транспортных предприятий;

  2) в системах паровых и водогрейных котлов на электростанциях, в котельных установках жилищно-коммунального хозяйства;

  3) на трубопроводных системах газоснабжения промышленных предприятий и жилищно-коммунального хозяйства;

  4) на магистральных газо– и нефтепроводах и др.

Мареограф

Мареограф – измерительный прибор, непрерывно регистрирующий колебания уровня моря. Такие приборы различаются по назначению: для открытого моря и для прибрежной зоны. Устройство мареографа включает поплавок, барабан с диаграммной лентой, перо, противовес, колодец, в котором находится прибор, и трубу для соединения колодца с морем. Такой прибор устанавливается в будке – постоянном пункте наблюдений. При колебании уровня моря поплавок совершает вертикальные перемещения, они преобразуются в перемещения пера, которое и записывает их на диаграммной ленте – мареограмме. Диаграммная лента надета на барабан, который вращает часовой механизм. Колодец, в котором находится поплавковый мареограф, гасит волны и защищает прибор от различных внешних воздействий. Специальные дополнительные устройства преобразуют вертикальные перемещения поплавка в электрические импульсы и по радио или проводам передают их показания. Такие поплавковые мареографы распространены в прибрежных зонах. Но есть также и гидростатические мареографы, измеряющие гидростатическое давление. Они различаются по конструкции. В одних гидростатических мареографах датчик уровня моря располагается на дне, у этих приборов и датчик, и регистратор находятся в одном контейнере. В других гидростатических мареографах измерительная часть находится под водой и по трубке передает показания в регистрирующую часть, которая располагается на берегу. При этом информация записывается на ленту и передается по радио.

Все эти типы мареографов применяются в прибрежной зоне. Существует тип прибора для открытого моря. Это тоже гидростатический мареограф, но он способен находиться на глубине боле 250 м и в течение месяца осуществлять измерение и запись колебаний уровня моря.

Мегаомметр

Мегаомметр (мегомметр) (от греч. megas – «большой» и metreo – «измеряю») – прибор, предназначенный для измерений больших электрических сопротивлений в цепи постоянного тока (до сотен мегаом), главным образом изоляции электрических проводов, кабелей, обмоток электрических машин и др. Мегаомметр также определяется как разновидность самого распространенного прибора омметра, обычно состоит из измерительного механизма и генератора постоянного тока (на напряжение от 100 до 500 В) с ручным приводом. В данном приборе измерительным механизмом чаще всего служит двухрамочный магнитоэлектрический логометр.

Метеорограф

Метеорограф (от греч. meteoros – «поднятый вверх», «небесный»; meteora – «атмосферные и небесные явления» и grafo – «пишу») – метеорологический прибор, предназначенный для автоматической записи температуры, давления и влажности воздуха, а иногда и скорости ветра во время подъема данного прибора на шарах-зондах, самолетах, вертолетах и метеорологических ракетах от поверхности Земли до высоких слоев атмосферы. Метеорограф представляет собой совокупность трех приборов-самописцев: термографа, барографа и гигрографа. Метеорографы конструктивно различаются на:

  1) зондовые (поднимаемые в атмосферу на шаре-зонде до 40 км);

  2) самолетные (с подъемом такого прибора на высоту до 10 км);

  3) змейковые (метеорограф в этом варианте измерений крепится к аэрологическому змею и поднимается до высоты 7 км) и др.

Метеорографы широко применяются в системе гидрометеорологической службы России для выполнения необходимых измерений параметров состояния атмосферы, начиная от поверхности Земли до определенной высоты.

Метеорологическая ракета

Метеорологическая ракета – ракета небольших размеров, рассчитанная на вертикальный подъем до высоты от 150 до 200 км с последующим спуском на парашюте, который размещается в хвостовой части и раскрывается при достижении предельной высоты подъема. На метеорологических ракетах устанавливается специальная измерительная аппаратура: барограф, термограф, гигрограф, счетчики гамма-излучения и рентгеновского излучения и др. Метеорологические ракеты для вертикального зондирования атмосферы Земли начали применяться в 1950-х гг. в Советском Союзе в тех местах, где проводились пуски баллистических ракет и запуски искусственных спутников Земли (в частности, на Байконуре, в Плесецке, Капустином Яре). После окончания подъема и приземления измерительная аппаратура метеорологической ракеты снималась и данные анализировались специалистами-метеорологами. Чаще всего метеорологические ракеты применялись (в СССР) в 1960—1980-х гг. для вертикального зондирования ионосферы в приполярных и полярных областях Земли (в Арктике и в Антарктиде). Полярная ионосфера является своеобразным экраном, на котором видно, как трансформируются приходящие от Солнца потоки заряженных частиц: они вызывают полярные сияния, геомагнитные бури, поглощение радиоволн.

Механотрон

Название произошло от слов «механо», что означает «действующий при помощи механизма», и «трон», что представляет собой электровакуумный прибор, для которого характерно создание механического передвижения электродов для произведения контроля над силой электронного или ионного тока.

Механотронные датчики обладают высоким порогом чувствительности по току, достигающим 7 А/см для диодных механотронов. Наибольшая чувствительность по напряжению для триодных механотронов составляет 5 кв/см. Также они отличаются высокими показателями стабильности и надежности показаний, схемы включения и конструкция приборов характеризуются как простые. Небольшие размеры и вес механотрона также относят к его положительным качествам.

Механотрон состоит из подвижного анода, неподвижного катода, баллона, гибкой мембраны или сильфона, которая, в свою очередь, крепко объединена с анодом. Также в конструкции предусмотрены впаянный в мембрану управляющий стержень, плоская пружина, инерционная масса, которая устанавливается на подвижном электроде.

Виды механотронов:

  1) используемые для измерения перемещений и усилий;

  2) измеряющие ускорения и вибрации;

  3) в качестве измерения давлений.

Используется для реорганизации в электрические величины механических величин.

Основной особенностью механотрона является наличие одного или нескольких двигающихся электродов.

В результате их движения (например, анода) относительно недвижимого катода происходит преобразование величины и конфигурации электрического поля между электродами, вследствие чего осуществляется изменение силы анодного тока.

Широкое применение получили диодные механотроны, созданные сдвоенными конструкциями, в которые включены два подвижных анода и неподвижный катод. Они устанавливаются в мостовые измерительные схемы.

Микрокатор

Микрокатор представляет собой измерительный прибор, оснащенный преобразовательным элементом, который, в свою очередь, является скрученной в средней части ленточной пружиной, которая в результате раскручивания делает растяжение, создающее поворот на определенный угол. Пределы измерения определяются от ±4 до ±300 мкм. Используется в качестве измерительного прибора, направленного на произведение линейных измерений размеров калибров и деталей. Впервые микрокатор был разработан и создан шведской компанией «Иогансон» в 1930-х гг.

Микрокатор как механизм приспособлен для применения в малогабаритных измерительных приборах микаторах, являющихся малогабаритными пружинными измерительными головками, и миникаторах, представляющих собой пружинно-рычажные индикаторы, а также в оптикаторах, являющихся пружиннооптическими измерительными головками. У микрокатора шкала цены деления соответствует 10; 0,5; 0,2; 0,1 мкм; предел измерений варьируется ±300; 150; 60; 30; 15; 6; 4 мкм, также разрабатываются образцы с 0,05 и 0,02 мкм; погрешность прибора составляет ± 0,5% от цены деления. Микатор: цена деления шкалы – 0,2; 0,5; 1; мкм; измерения варьируются ±100; 50; 10; 5 мкм; погрешность прибора – от 0,3 до 20 мм. Миникатор: цена деления – 0,5; 1; 2 мкм; предел измерений – ±804; 40; 20 мкм; погрешность составляет выше цены деления.

Механизм микрокатора состоит из пружины, стрелки, узла крепления стрелки, демпфирующего рычага, измерительного стержня. Микрокатор представляет собой конструкцию, объединяющую присоединительный цилиндр, шкалу, указатель поля допуска, стрелку, винт перемещения шкалы для зафиксирования на нуль, тросик арретирующего приспособления, арретир, наконечник. В средней части пружины закреплена стрелка, показывающая соответственно на шкале измеряемую длину, которая пропорциональна углу поворота пружины.

Микрометр

Микрометр является инструментом для измерения, который используется в качестве измерительного прибора малых размеров с высокой точностью, достигающей мм.

Принципиальная конструкция микрометра имеет скобу, микрометрический винт, стебель, барабан. Винт вращается в неподвижной гайке. На стебле нанесена шкала, по которой отсчитываются полные обороты винта, на барабане нанесена круговая шкала, по которой отсчитываются доли оборота винта. Подобное винтовое устройство применяли уже в XVI в. при измерениях, в геодезических инструментах. Первый микрометр был изобретен в 1848 г. во Франции Пальмером.

Быстрый микрометр ABSOLUTE. Представляет собой быстро перемещающийся микрометр, что соответствует 10 мм/оборот, характеризуемый низким, регулируемым измерительным усилием, абсолютным масштабом и наличием шпинделя серии 77, который определяется как невращающийся. Точные измерения этим прибором производятся на нежных, чувствительных поверхностях, требующих очень бережного обращения. Такие действия позволительно проводить благодаря невращающемуся шпинделю. Скорость перемещения этого прибора превосходит обычные микрометры в 20 раз. Измерительное усилие определяется в 0,5—2,5 Н и 2—10 Н; устанавливаются измерительные усилия для разнообразных рабочих изделий. Этот прибор отличается точными измерениями при высокой скорости перемещения, оснащается батарейкой с большим сроком службы, что составляет примерно 3 года, превышающим обычные электронные микрометры в 3 раза. Цифры на дисплее очень удобного размера в 7,5 мм. Измерительная система определяется как абсолютная линейная шкала с разрешением в мм, что позволяет исключить неправильные показания дисплея в результате большой скорости передвижения, не ограничивая скорость.

Измерительный диапазон 0—15 мм; разрешение 0,001 мм; граница ошибки мкм; ошибка квантования ±1 отсчет; плоскостность не выше 0,3 мкм; направление измерения горизонтальное, масса 300 г; рабочая температура от 5 до 40 °C; температура хранения от -10 до 60 °C.

Рецизионный микрометр с цифровым отсчетом 0,1 мм позволяет производить аналоговую индикацию полных миллиметров, сотых, а также точное и быстрое считывание десятых долей, без параллакса производит считывание тысячных по нониусу. Модели с ценой деления 0,001 мм отличаются высокой точностью при считывании по нониусу без параллакса. Стандартные модели с аналоговой индикацией оснащены фрикционной передачей, которая устанавливается в барабан.

Для деактивирования фрикционной передачи используется накатка, при поворачивании которой достигается поставленная деактивация. На некоторых подобных моделях для исключения ошибки считывания показаний предусмотрены отметки для целых миллиметров, которые наносятся на цилиндр отдельно от прямых делений, показывающих половинные миллиметры.

Микрометры, оснащенные скобой с цифровой индикацией. Также эти модели микрометров имеют новую запатентованную систему измерения «capa – system». Шаг измерений составляет 5 или 30 мм. Для удобства разработан большой дисплей, с помощью которого происходит считывание показаний.

Микрометры создаются различных модификаций, в некоторых предусмотрена одна функциональная клавиша, модель EASY, в других моделях введена защита от попадания капель воды, IP54, и уже эта модель была усовершенствована введением дополнительного RS 3 интерфейса, получившая название IP54RS.

Жесткие и легкие микрометры с измерительными наконечниками, в набор включены четыре наконечника с приращением размера на 5 мм для исключения постоянной корректировки показаний при смене наконечника. Они в обязательном порядке нумеруются и регулируются.

Микрометры с регулируемыми индикаторами часового типа, конструкция которых предусматривает наличие регулируемого индикатора часового типа, например 01.4031, предназначенного для более удобного и быстрого обнаружения кульминационной точки при неизменной измерительной силе.

Микрометры гладкие используются в качестве измерительных приборов, производящих измерение наружных размеров изделий, измерительные поверхности снабжаются твердым сплавом. В комплект включена одна установочная мера для измерений в диапазоне в пределах 300 мм и двумя установочными мерами, превышающими диапазон 300 мм.

Лазерные оптические микрометры используются как измерительный прибор, способный производить бесконтактный контроль и измерения размеров технологических объектов, к которым относятся ширина, диаметр, толщина, зазоры, положения объектов, измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Лазерный микрометр работает на теневом принципе. Разработан аппарат из двух модулей: излучателя и приемника, в процессе работы излучение полупроводникового лазера коллимируется объективом. В случае установки объекта в области коллимированного пучка получается формирование теневого изображения, которое сканируется линейкой ПЗС-фотоприемников, положение или размер вычисляются процессором по положению теневой границы или границ.

Лазерные оптические микрометры могут оснащаться как цифровым, так и аналоговым выходным интерфейсом, расстояние между излучателем и приемником до 300 мм, диапазон разных моделей отличается: для некоторых диапазон составляет 5 мм, для других – 25 мм.

Микрофотометр

Микрофотометр, также называется микроденситометром, представляет собой измерительный прибор, созданный для измерения оптической плотности почернений на малых участках фотографических изображений, таких как спектрограммы, рентгенограммы, астрономические фотографии, аэрофотоснимки и других подобных фотографий. Микрофотометр является модификацией оптического измерительного прибора денситометра. Усовершенствование заключается во введении микроскопической оптики, дающей возможность 5—40-кратного увеличения.

Бывают микрофотометры однолучевой и двулучевой. Однолучевой микрофотометр – это прибор, направленный на обработку информации методом прямого отсчета. Двулучевой микрофотометр работает практически идентично двулучевому денситометру, основываясь на уравнивании двух световых пучков. Микрофотометры подразделяются на нерегистрирующие, способные производить измерения каждого отдельного участка изображения обособленно, и регистрирующие, которые направлены на запоминание результатов измерений, проводимых вдоль прямой, окружности либо других заданных целей. Изофотометры (или эквиденситометры) относятся к особому виду микрофотометров, этот аппарат направлен на измерение на фотографических изображениях геометрических точек равных оптических плотностей, которые записываются как изофит или эквиденсит. Микроспектрофотометры – еще один тип микрофотометра, предназначенный для измерения в монохроматическом свете спектральных кривых поглощения тонкослойных объектов, характеризуемых резким изменением окраски по всей поверхности, примером может служить хроматограмм.

При измерении микрофотометром можно зафиксировать максимальную оптическую плотность, находящуюся в полной взаимозависимости от площади измеряемого участка изображения σ, которая делит на 10 в степени максимальной оптической плотности, создает постоянную, представляющую собой характеристику чувствительности микрофотометра. Эта переменная для различных типов микрофотометров своя и способна варьироваться от нескольких сотых долей до нескольких десятков мкм2. Селеновые фотоэлементы устанавливались как приемники света в первых разработках этого прибора. Современные микрофотометры оснащаются многокаскадными фотоэлектронными умножителями, используемыми в качестве приемников света. Точность измерений определяется в 0,01—0,03 единицы оптической плотности.

Микрофотометр используется в астрофотометрии, оптической звукозаписи, спектрометрии и др.

ИФО-463 используется в качестве измерительного прибора, способного производить измерения оптической плотности и коэффициента пропускания спектрограмм, рентгенограмм нейтральных фильтров и других прозрачных объектов. Этот прибор работает на методе преобразования светового потока, который пропускается сквозь фотометрируемый участок рассматриваемого образца, в пропорциональный ему фототок, преобразуемый измерительнорегистрирующей системой в значения оптической плотности или коэффициента пропускания. Значения воспроизводятся на цифровом табло микрофотометра. Диапазон измерения оптической плотности составляет 0,1—3,0 Б, при этом возможен предел допускаемой основной погрешности в ±0,01—±0,03 Б, коэффициент пропускания находится в диапазоне 0,001-1, предел допускаемой основной относительной погрешности при измерении коэффициента пропускания 3—7%, при проецировании на экран изображение возможно увеличить в 0±1n, разрешает фотометрирование спектрограмм размером 90 × 40 и 130 × 180 мм, потребляет мощность в 120 ВА, размеры прибора составляют 600 × 600 × 500 мм, вес изделия 30 кг.

Лабораторный одноволновый микрофотометр используется для биохимических исследований с калибровкой по фактору или стандарту. Определяется как программируемый микрофотометр, позволяющий соотнести биохимический состав крови с калибровкой по стандарту или фактору. Работа аппарата основана на одной волне длиной 60 нм, что обусловливает определенный перечень используемых аппаратом биохимических методик. Открытая система микрофотометра позволяет использовать реактивы различного производства, полный спектр биохимических исследований. Установка рабочей длины волны ±2 нм, спектральная полоса пропускания ±10 нм, автоматический расчет и вывод результатов на ЖК-дисплей, автоматическая калибровка по стандарту, калибровка по стандарту определяется с повышенной точностью, память на одну методику, длина оптического пути 10 мм, фотометрический диапазон 0—2 Б, наименьшее регистрируемое изменение оптической плотности 0,001 Б, измерение по конечной точке занимает 1 с. Электропитание происходит от сети либо внутренних батарей, ресурс которых определяется в течение 4 лет. Масса 400 г, размер микрофотометра 178 × 18 × 43 мм.

Миниметр

Название прибора образовано от латинского слова minimus, что означает «наименьший», и слова «метр». Представляет собой рычажный стрелочный прибор, позволяющий производить измерения контактным методом линейных размеров калибров, деталей, машин и прочих изделий, а также перемещений либо минимальных отклонений исследуемого размера от установленного. Преобразовательным механизмом является неравноплечный рычаг, оснащенный элементами, которые, в свою очередь, фиксируются на ножевых опорах. Измерения миниметром варьируются в пределах от 0 до 600 мкм, при этом погрешность измерений может составлять от 0,5 до 2,5 мкм.

Мора весы

Мора весы – прибор, относящийся к виду гидростатических весов, представляющий собой рычажные весы, оснащенные неравноплечным коромыслом. Разработаны весы в 1847 г. немецким химиком К. Ф. Мором.

При помощи весов Мора осуществляются измерение и определение плотности жидкостей и твердых тел способом гидростатического взвешивания. В случае исследования плотности жидкости при помощи весов Мора необходимо в емкость с жидкостью погрузить поплавок и уравновесить весы гирями– рейтерами. В случае исследования плотности твердых тел поплавок заменяется двойной чашкой, которую необходимо погрузить нижней частью в дистиллированную воду, плотность которой является известной.

Направленный ответвитель

Направленный ответвитель – прибор, состоящий из двух отрезков радиоволноводов.

В устройстве часть энергии электромагнитной волны, которая распространялась в основном радиоволноводе, благодаря элементам связи ответвляется во вспомогательный радиоволновод, затем движется в одном определенном направлении. В случае перемены направления распространения волны в основном радиоволноводе во вспомогательном радиоволноводе направление распространения ответвленной волны изменится на обратное. Во вспомогательном радиоволноводе направленное распространение происходит благодаря интерференции возбужденных в нем волн, при сложении которых в одном направлении происходит их взаимное погашение и образование результирующей волны – при разном направлении. Шлейфы – отверстия в смежных стенках радиоволноводов, служащие элементами связи между радиоволноводами направленного ответвителя.

Коаксиальный направленный ответвитель представляет собой прибор, который выполняет функцию ответвления части энергии, движущейся по фидеру, ответвление происходит в нескольких направлениях. При одном направлении распространения электромагнитной волны сигнал на выходе ответвителя Uотв = Uф / K и где Uф является напряжением на фидере, Ku – коэффициент деления ответвителя. В противоположном направлении распространения Uотв = 0. Главным недостатком практически всех разновидностей направленного ответвителя считается их относительная узкополосность, поэтому в измерителях КСВ устанавливается регулировка чувствительности.

Коаксиальный направленный ответвитель включает в себя датчики тока и сумматор. Датчик тока – одновитковый трансформатор тока, который создан центральной жилой фидера, составляющего первый виток, и специальной полости на экране, представляющем вместе с оплеткой фидера вторичный виток. Разрывы оплетки фидера внутри полости создают магнитную связь, получаемую от внутреннего объема фидера, где благодаря диэлектрику распространяется электромагнитная волна, и полости. Вторичный виток нагружен на шунт, который разработан из равномерно установленных по периметру разрыва резисторов, что дает пренебрежительно малую паразитную индуктивность относительно индуктивности отрезка фидера. Для увеличения индуктивности вторичного витка трансформатора применяется замкнутый магнитопровод из ферритовых колец, которые надеваются на оплетку фидера вблизи места разрыва. Датчик напряжения является резистивным делителем, который устанавливается между центральным проводником фидера и выходом датчика тока и приводит к образованию режима направленного ответвления. Делитель вводится параллельно фидеру, а датчик тока – последовательно, что позволяет создать согласование в широкой полосе частот, а также небольшое постоянное послабление сигнала, движущегося по фидеру, однако частотные искажения проходящего и ответвленного сигналов не учитываются. Для практического применения конструкция создается из двух встречно включенных направленных ответвителей. Несущей конструкцией является экран, который спаян из фольгированного стеклотекстолита. В случае применения фидера с волновым сопротивлением 50 Ом максимальная мощность передатчика примерно 200 Вт и КСВ не выше 4, коэффициент ответвленных сигналов принимается за 100. В случае уменьшения КСВ допустимая мощность пропорционально увеличивается, при увеличении КСВ допустимая мощность пропорционально снижается. Резисторы не должны иметь спиральных токопроводящих канавок, которые повышают паразитную индуктивность, расстояние системы транзисторов до экрана более 15—20 мм. Ферритовые кольцевые магнитопроводы должны обладать проницаемостью 600—4000, диаметр кабеля 8—15 мм. Направленное ответвление можно создать на любом участке фидера. Оплетка при ответвлении плотно и равномерно примыкает по всей длине к диэлектрику, поэтому приспосабливается бандаж, созданный из нити или тонкой проволоки. В случае использования в конструкции прибора этого типа приборно-кабельных разъемов сама конструкция направленного ответвителя существенно упрощается. Также для простоты конструкции прибора возможно применение приборных разъемов. При этом оплетку необходимо жестко зафиксировать на срезе внутреннего диэлектрика кабеля прижимом, остальную часть нужно расплести, после распрямления проводники размеренно располагают по всему периметру. Большой диаметр конуса обладает свойствами некритичности, для его определения используется размер задней части разъема. При помощи пайки по всему периметру можно добиться необходимого электрического контакта. В случае наличия резисторов датчиков тока, напряжения и сумматора, точность которых определяется в ±1% от установленных номиналов, коаксиальный направленный ответвитель считается готовым к эксплуатации. При невыполнении этих условий для налаживания устройства и при измерении очень малых значений КСВ, т. е. менее 1,05, требуется произвести нахождение и подбор такого одного резистора в датчике тока, который соответствовал бы минимальному значению напряжения.

Коаксиальный направленный ответвитель измеряет КСВ в полосе частот 1—500 МГц, в которой мощность фидера не зависит от значения КСВ; исследует ВЧ-тракты для нахождения неоднородностей в разъемных соединениях и фидере, практически до долей процента; находит с довольно высокой степенью точности область пробоев, замыканий, разрывов в кабеле и других элементах ВЧ-трактов. Он получил также применение в системах полудуплекса. Если коаксиальный направленный ответвитель используется исключительно на УКВ, для которых характерно наличие намного меньших мощностей, то используется переход к значительно расширенному диапазону его рабочих частот вверх. Переход осуществляется при помощи уменьшения коэффициента до 10—20, вводятся резисторы МЛТ-0,125, которые устанавливаются в один ряд, а также резисторы МЛТ-0,5 или МОН, делитель датчика напряжения модернизируется в частично компенсированный, что нейтрализует паразитную емкость резистора, в конечном счете верхняя граница может достигнуть 1—15 ГГц.

Волноводно-коаксиальный направленный ответвитель, разработанный на основе скрещенных волноводов, в основном с крестообразными отверстиями связи. В одно из плеч вторичного волновода устанавливается согласованная нагрузка, в другое плечо включаются измеритель мощности или детекторная головка, в результате образуется довольно громоздкая и тяжелая конструкция. Для уменьшения конструкции вторичную коаксиальную линию устанавливают непосредственно в волновод параллельно продольной оси волновода, при этом линия возбуждается поперечными элементами магнитного поля волны в волноводе, ответвитель становится противонаправленным. Величина направленности зависит от изменения микрополосковой линии на коаксиал разъема и коаксиал нагрузки. Направленный ответвитель такого типа действует на электромагнитной связи с поперечными элементами полей Е и Н в волноводе, что приводит при смещении проводника от центра к уменьшению коэффициента связи по косинусоидальному закону. При наличии двух ответвителей в одном сечении получается малогабаритный рефлектометр.

В аппаратуре СВЧ, 30 МГц – 300 ГГц, используется для суммирования и деления энергии волн, а также для установления направления волн, их мощности, фаз и т. д.

Направленный ответвитель используется и в приборе разделения телевизионных сигналов, принимаемых одной антенной, для маломощных приемопередатчиков, в сумматорах и смесителях. Устройства этого типа отличаются хорошей повторяемостью и высоким качеством принимаемого сигнала.

Нефеломеры

Нефеломеры – приборы, измеряющие интенсивность видимого или рассеянного света в исследуемой среде. Освещенные частицы взвесей отражают свет (рассеивают его). Это рассеивание бывает различно, что зависит от размера диспергированных частиц и их соотношения с длиной волны света, по этому рассеиванию определяют концентрацию диспергированных частиц в дисперсных средах и форму и размеры частиц. Если длина волны больше размера диспергированных частиц, то это дает симметричное рассеивание света в пространстве. Если длина волны меньше частиц, то это дает неравномерное рассеивание.

Измерение интенсивности рассеянного света так же эффективно, как и измерение ослабленного проходящего света. Дальнейшее определение концентрации дисперсной фазы осуществляется после калибровки исследуемой среды по суспензиям, чьи концентрации известны. При измерении интенсивности рассеивания света в исследуемой среде можно получить молекулярную массу частиц в их разных концентрациях. Форму частиц можно определить по степени поляризации рассеянного света и его угловой зависимости.

Этот метод химического количественного анализа называется нефелометрическим анализом. Сначала его использовали для определения состава воды в реке. Потом стали применять специально приготовленные суспензии и при их помощи определять концентрацию растворенных частиц.

Нефелометром измеряют интенсивность рассеянного света в суспензии и по калибровке определяют концентрацию частиц.

Нефелометры имеют различную конструкцию, которая зависит от области их применения, но, как правило, их основное рабочее устройство – окуляр, на который направляется под углом 90° рассеянный свет.

Нефелометрический анализ – эффективный и широко распространенный метод исследования.

Приборы для его осуществления используются в фармацевтической, пищевой промышленности, для контроля качества воды и определения в ней нежелательных примесей, в научных исследованиях в биологии, метеорологии, изучении морей, для определения в воде наличия нефтепродуктов, изучения эмульсий и коллоидных систем.

Нивелир

Нивелир – название произошло от французских слов niveler, означающего «выравнивать», niveau – «уровень». Представляет собой геодезический измерительный прибор, используемый для измерения превышения уровня точек земной поверхности и определения горизонтальных направлений при монтажных и строительных работах.

Первые прототипы нивелиров появились еще в древности, чему способствовало строительство каналов, в I в. до н. э. в Древнем Риме и Греции. Дальнейшее развитие их произошло в XVI в. Была изобретена зрительная труба в конце XVI в., сетку в зрительной трубе придумал в 1669 г. Ж. Пикар, уровень – в 1768 г. Дж. Рамс в Англии. В России в 1715 г. нивелиры построил И. Е. Беляев. В 1871 г. в России были начаты работы по созданию нивелирной сети.

Известные русские ученые, работавшие в этой области, – В. Я. Струве, Н. Я. Цингер. С. Д. Рыльке. В ХХ в. нивелирование продолжает развиваться в связи с потребностями различных инженерно-технических областей, осуществляются исследовательские геодезические работы. Современные нивелиры различаются по своей конструкции и по точности нивелировки. Они бывают точные, высокоточные, технические. Процесс нивелирования различается по методу его выполнения и бывает геометрический, тригонометрический, барометрический, механический, гидростатический.

В основном применяются инструменты нивелиры, относящиеся к оптикомеханическим приборам, предназначенным для нахождения разницы высот точек земной поверхности, т. е. с его помощью производят геометрическое нивелирование.

Главной составляющей такого нивелира является зрительная труба, которая фиксируется в строго горизонтальном положении, она способна вращаться в горизонтальной плоскости, устанавливается при помощи спиртового уровня. Также нивелир оснащен чувствительным уровнем-подставкой, считающимся тоже главной частью измерительного инструмента. Инструмент устанавливается главным образом на треножник-штатив. Нивелир оснащается двумя вертикальными рейками с делениями, разность между цифрами на этих рейках соответствует разности высот точек, на которых зафиксированы рейки. Чтобы произвести отсчет, нужно визирную линию зрительной трубы установить в горизонтальной плоскости, используя уровень.

Нивелиры различаются по типам в зависимости от конструкции. Различия заключаются в соединении зрительной трубы, подставки, уровня – этих трех основных частей любого нивелира. Самые распространенные нивелиры имеют жесткое соединение трубы и уровня с подставкой, представляющие собой детали, которые соединяют трубу с горизонтальной осью. Элевационный винт устанавливает уровень в нольпункт.

Геометрическое нивелирование — этот метод основан на отсчитывании высоты визирного луча над земной поверхностью в определенной точке, где устанавливается рейка с делениями. Нивелир при этом способе устанавливается на штативе. Геометрическое нивелирование делится на классы по точности результатов. Для нивелирования I класса используются высокоточные нивелиры. Средняя квадратичная случайная ошибка составляет при нивелировании I класса не более 0,5 мм, при нивелировании II класса – не более 1 мм. Нивелирование III и IV классов осуществляется уже на основе линий высших классов.

Тригонометрическое нивелирование измеряет разность высот двух удаленных точек местности при прохождении через них угла наклона визирного луча. Это метод нивелирования распространен в топографической съемке.

Барометрическое нивелирование определяет давление воздуха в точках на разных высотах. Его измеряют барометром и по результату вычисляют высоты.

Этот метод нивелирования используют в геологических, географических исследованиях, в топографической съемке.

Механическое нивелирование. Для этого метода используют специальный нивелир-автомат. Его располагают на автомобиле, и он во время движения измеряет расстояние и вычерчивает профиль местности, определяет разность высот точек и расстояние между ними.

Гидростатическое нивелирование. Для этого метода применяется специальный гидростатический нивелир. Его конструкция имеет две стеклянные трубки, которые вставлены в рейки с делениями. Трубки наполнены жидкостью, их соединяет шланг. По разному уровню жидкости в трубках можно определить разность высот местности. Этим методом изучают деформацию сооружений. Как правило, нивелирование имеет целью создание нивелирной сети пунктов с уже определенными высотами способом нивелирования. Эта сеть считается основой для проведения последующих нивелирных работ, топографической съемки, строительных и проектных работ.

Разработаны нивелиры, имеющие самоустанавливающуюся линию визирования, которая вводится автоматически. Для более точного нивелирования необходимо учитывать кривизну земной поверхности. Нивелиры с уровнем должны обеспечить взаимное положение визирной линии и оси уровня, которые достаточно близки по параллельному и практически стабильному времени относительно изменений температуры. Работа таким типом нивелира предполагает постоянную и часто повторяющуюся выверку, поэтому для упрощения выверок были разработаны другие типы нивелиров, которые отличаются способом соединения основных частей нивелира, т. е зрительной трубы, уровня и подставки. Существует вариант соединения уровня с трубой, которая перекладывается на подставке, также труба может находиться на подставке. Один из вариантов нивелира называется глухим и представляет собой неотъемлемое соединение уровня, трубы и подставки. В глухих нивелирах довольно часто применяются элевационные винты, которые облегчают фиксирование пузырька уровня в нуль-пункт. Отмечено также увеличение точности нивелира такого типа при включении в конструкцию элевационного винта. Абсолютно все детали, которые объединяют зрительную трубу и горизонтальную плоскость, принимаются в качестве подставки. В современных нивелирах устанавливаются автоматические компенсаторы, являющиеся приспособлениями компенсации возможной вибрации при произведении геодезических или строительных работ. На нивелирах также применяется призменная насадка, которая производит построение вертикальных плоскостей на строительных площадках и измерениях, производимых в труднодоступных районах. Оснащаются насадными оптическими микрометрами, увеличивающими точность измерения превышений, диапазон работ соответствует 0—10 мм. Современные нивелиры обеспечиваются зрительной трубой прямого изображения, горизонтальным лимбом с ценой деления 1° для трассировки направлений. При взаимодействии этих приспособлений с автоматическим приспособлением визирной оси в горизонт существенно повышается производительность нивелира, точность увеличивается, диапазон применения расширяется. Также в некоторых моделях предусмотрена кнопка, являющаяся специальным устройством для защиты механизма компенсатора от случайных ударов и повреждений, которые возможно получить при перемещении нивелира в футляре, или фиксатор.

Оптико-механические нивелиры по точности подразделяются на высокоточные, точные, технические нивелиры. Оптическая система нивелиров заполняется азотом, что препятствует созданию конденсата. Диоптрический визир служит для быстрой предварительной наводки на объект исследования. Обеспечение металлическим корпусом служит для защиты от повреждений. Оптический нивелир применяется для плоских и кругообразных штативов. Оптический нивелир может содержать автоматический компенсатор с магнитным демпфером. Гидростатические нивелиры разработаны на основе системы сообщающихся сосудов.

Лазерные нивелиры представляют собой электронно-механические устройства, созданные на основе лазерного луча, вращающегося со скоростью 600 об/мин. Для установки плоскости в горизонтальное положение задействуются электронные и жидкостные уровни, а также автоматические системы самонивелирования. Фиксирование плоскости осуществляется при помощи обычных нивелирных реек и реек, которые оснащаются специальным приемником излучения. Главным достоинством таких приборов является простота при эксплуатации прибора. При работе с лазерным нивелиром не требуется наличие специальных навыков по настройке инструмента. К существенным преимуществам также относится возможность произведения работ только одним человеком. Лазерные нивелиры создают видимую лазерную плоскость, для увеличения точности при работах используются приемники в лазерных приборах. Выравниваемые вручную нивелиры являются профессиональным инструментом базового уровня, они работают в результате поворота регулировочных колес, контролирование при этом происходит благодаря встроенным в компенсатор пузырьковым уровням. Нивелиры этого уровня используют для произведения разметки под любым углом, а также для вертикальной и горизонтальной разметки. Характерной особенностью этих приборов считается возможность работать на дальнем расстоянии, обеспечение нивелиров разнообразными многофункциональными креплениями. Элевационный штатив и распорная штанга применяются для увеличения возможностей применения нивелира.

Ротационные лазерные нивелиры – полностью автоматические лазерные нивелиры, в конструкции предусмотрен автоматический компенсатор для самогоризонтирования. Для перехода к работе его необходимо закрепить на штативе. Также он оснащается приемником и аккумулятором. Корпус защищен от попадания пыли и влаги. В приборах такого типа предусматривается защита от неправильного построения плоскости в результате изменения положения или сдвига. Устанавливаться прибор может в трех уровнях, работа нивелира определяется в нескольких скоростях, обладает функцией сканирования. Также некоторые современные лазерные нивелиры обеспечиваются пультом управления и могут устанавливаться на фото– или видеоштатив, а также на специальное крепление к стене, на обычном и стандартном геодезических штативах. Также ротационные лазерные нивелиры могут оснащаться цилиндрическим уровнем и призмой для построения неподвижной линии толщиной 2,5 мм, расположенной на расстоянии 5 м от стены.

Автоматические лазерные нивелиры являются полностью автоматическими, тоже имеют автоматический компенсатор для самогоризонтирования, корпус защищен от попадания пыли и влаги, для введения в работу необходимо только установить на штатив. В случае перемещения или сдвига существует защита от неправильного построения плоскости. Нивелир способен строить горизонтальные и вертикальные плоскости. Лазерный излучатель работает в трех режимах: нивелирование, сканирование (используется для работы с приемником на больших расстояниях), лазерная развертка (используется для работы с определенным участком поверхности при выполнении строительных и отделочных работ). В комплект может входить пульт управления. Некоторые автоматические нивелиры при работе создают вращающийся луч, который, в свою очередь, образует видимую лазерную плоскость по горизонтали или по вертикали. Зенитный луч используется для определения направления в результате разбивки или контроля вертикальности.

Мультипризменные лазерные нивелиры оснащаются оптической системой, содержащей две, три (иногда до пяти) призмы, способной разворачивать плоскость и создавать видимые горизонтальные и вертикальные плоскости. В нивелирах такого типа все части глухие, т. е. не вращаются, поэтому их относят к легким, надежным нивелирам. Считается, что они компактнее и экономичнее ротационных лазерных уровней. В таких нивелирах предусмотрена автоматическая установка плоскости в горизонтальное положение, они используются для произведения работ внутри помещения. Некоторые модели мультипризменных лазерных нивелиров созданы карманного размера, выполняют построение горизонтальной и вертикальной плоскостей, некоторые модели имеют лазерный отвес, оснащены механизмом самовыравнивания. Разработаны модели, которые генерируют горизонтальный уровень и вертикаль, имеют три ортогональные лазерные плоскости и отвес. Также существуют модели с четырьмя вертикальными лазерными линиями и одной горизонтальной, указывающими крестом на фронтальное препятствие на стене и потолке. Они оснащаются дополнительным вертикальным лучом, переносящим точку пересечения лазерных линий с потолка на пол.

Универсальный лазерный нивелир обеспечивается поворотной призмой, что позволяет выполнять функцию кругового нивелирования. Такой нивелир для удобства измерений устанавливается на подставку. Он является самым приемлемым нивелиром, измеряющим точки, расположенные на одинаковой высоте, при наличии призмы и устройств для крепления используется для кругового нивелирования бордюров, облицовки стен, подвесных потолочных покрытий, площади пола и дорог. Лазерный уровень укомплектовывается лазерным нивелиром с точечным принципом, поворотной пятиугольной призмой, устройством для крепления. В некоторых модификациях используется кейс. Разработаны модели широкого применения, которые направлены на построение горизонтальной или вертикальной плоскости с автоматическим выравниванием, способные вручную выстраивать наклонную плоскость с отклонением до 5° от горизонта или вертикали. Такие нивелиры снабжаются лазерным лучом, который задает направление при разбивке. Нивелиры выполняют разнообразные функции сканирования, обеспечиваются приемником и дистанционным управлением.

Оптические нивелиры используются для точного нивелирования, геометрического нивелирования либо для нивелирования с высокой точностью, применяются для произведения геодезических работ в строительстве, при инженерных изысканиях, монтажных работах, при топографических съемках. Лазерные нивелиры применяются при строительных работах и служат для нивелирования во внутренней части помещения, а также вне помещений; используются для задания горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскости.

Нитяной дальномер

Нитяной дальномер представляет собой один из видов оптического дальномера.

Состоит из зрительной трубы, в поле зрения которой размещена сетка нитей, состоящая из трех горизонтальных нитей, две из которых симметричны относительно средней, называемые дальномерными, и схемы определения расстояния при помощи меры или базы. База является переносной рейкой с делениями. Прибор наводится на рейку, т. е. визируется, расстояние до базы пропорционально числу делений, которые видимы между нитями. Подразделяются на дальномеры с постоянной базой, за основу берется параллактический угол, и дальномеры с постоянным углом, где за основной измеряемый элемент берется длина базы. Для измерения наклонного расстояния нитяным дальномером используется база, в которой фигурирует коэффициент и постоянная дальнометра. После измерения наклонных расстояний рассматривается их разность, которая соответствует значениям постоянной дальномера. Относительная погрешность, показывающая точность определения расстояний нитяным дальномером, соответствует 1/300.

Нитяной лазерный дальномер с постоянным углом есть не что иное, как зрительная труба с наличием двух параллельных нитей в поле зрения. В качестве базы берется переносная рейка с равноотстоящими делениями, расстояние до базы соответствует пропорциональному числу делений рейки, наблюдаемых в зрительную трубу между нитями. Нитяным лазерным дальномером оснащается большое количество геодезических инструментов, например теодолиты и нивелиры, относительная погрешность нитяного дальномера такого типа находится в пределах 0,3—1%.

Нулевой прибор

Нулевой прибор, или нуль-индикатор, представляет собой чувствительный прибор, используемый для нахождения неравенства рассматриваемых в сравнении физических величин в результате нулевого метода измерения.

Нулевой метод является одним из возможных способов сравнения с мерой, который состоит в воздействии сигналом на нулевой прибор. Сигнал представляет собой пропорцию разности измеряемой и заданной величин (например, электродвижущей силы, электрического сопротивления, емкости и др.) Для метода характерно использование потенциометров и измерительных мостов. В компенсационном методе измерения нулевым прибором служит гальванометр, также в качестве нулевого прибора используются электрометры, электронно-лучевые трубки, телефоны и другие приспособления. Чувствительность нулевого прибора может меняться. Для увеличения чувствительности используют электронные, фотоэлектрические и другого типа усилители. В настоящее время предпочтение отдается автоматической регулировке чувствительности, которая направлена на возможность применения максимальной чувствительности около нуля прибора и способна создавать резкое снижение чувствительности при удалении от нуля прибора. Для уравновешивания системы используют автоматическое уравновешивание.

Нутромер

Нутромер – прибор для произведения измерения глубины.

Нутромеры от 3,5 до 300 мм: аппараты с аналоговым отсчетом, являются самоцентрирующимися и самовыравнивающимися нутромерами, на измерительные конусы наносится высокоточная резьба. Также конструкция оснащается измерительными опорами, которые устанавливаются с целью контакта в трех направлениях. Модель TESA IMICRO работает при соблюдении принципа Аббе.

Нутромеры с цифровой индикацией представляют собой емкостную измерительную систему с уникальным конусом. Также разработаны нутромеры с цифровой индикацией с контактом по трем направлениям, которые можно применять для сквозных и глухих отверстий, для коротких центрирующих заплечиков. Исключением считается модель, диапазон измерений которой в пределах 6—10 мм.

Оксиметр

Оксиметр – прибор, предназначенный для измерения растворенного кислорода, создан на основе микропроцессора, оснащенного универсальным датчиком, в который встраиваются термосенсор, сменная мембрана. Приборы компенсируют погрешности, получаемые при помощи температуры, давления, растворенных солей.

Оксиметры подразделяются на микропроцессорные, водонепроницаемые, а также на приборы, которые оснащаются принтером.

Используются для каждодневных измерений при произведении биологической обработки питьевой воды, экологических исследований. Применяются как приборы лабораторного испытания, а также для экспресс-контроля водонепроницаемой пробы.

Омметр

Представляет собой комбинированный прибор, способный одновременно измерять напряжение и ток и незамедлительно приступить к определению сопротивления по формуле закона Ома.

Существует упрощенный вариант омметра, в котором элемент цепи подключается к генератору с фиксированной электродвижущейся силой. Поэтому в этом случае омметр должен определить сопротивление исключительно по величине тока.

Оптикатор

Оптикатор – измерительный прибор, созданный для нахождения линейных размеров, оснащен объединенной системой пружинного преобразовательного механизма микрокатора и оптической системой. Угол поворота пружины в приборе определяется при помощи зафиксированного на пружине зеркала, пределы измерений соответствуют 4—50 мкм.

В конструкции оптикатора роль стрелочного указателя выполняет оптический рычаг, представляющий собой единую систему из осветителя и приклеенного к пружине зеркала. Работает следующим образом: направленный луч света проходит через отверстие, в котором посередине расположена нить. Луч отражается от зеркала и передает на шкалу изображение нити, становящееся указателем. Обладает всеми достоинствами микрокатора и отличается большими предельными возможностями при измерении. Измерения оптикатором производятся на основе метода сравнения с концевыми мерами или аттестованными деталями.

В конструкции прибора предусмотрено наличие переставных указателей поля допуска, которые представляют собой пару светофильтров, характеризующихся способностью видоизменения окраски на границах допуска в красный или зеленый цвет. При работе устройство устанавливается на стойке.

Впервые оптикаторы были произведены в 1940-х гг. в Германии. В основном распространение получили оптикаторы с ценой деления 0,1; 0,2; 0,5; 1 мкм, соответствующие пределам измерения 4; 50; 100; 250 мкм, погрешность приборов в вертикальном положении составляла менее 0,5 цены деления в пределах 100 делений шкалы и менее цены деления – относительно всего предела измерения.

Для контрольных автоматов были разработаны фотоэлектрические преобразователи с ценой деления 0,5; 1,2; 5 мкм, созданные на основе оптикаторов, шкала которых включала и фотосопротивление.

Фотоэлектрические преобразователи способны создавать разделение деталей при контроле на достаточно большое количество групп, которое может достигнуть 50.

Оптиметр

Оптиметр – название произошло от греческого слова optos, что переводится как «видимый», и слова «метр». Определяется как измерительный прибор, направленный на нахождение линейных размеров в результате применения относительного метода. Преобразовательным элементом оптиметра является рычажно-оптический механизм, в котором функцию рычажной передачи выполняет качающееся зеркало, роль оптического преобразователя выполняет автоколлимационная трубка. Родоначальником внедрения качающегося зеркала в измерительные устройства стал немецкий инженер И. Сакстон, применивший эту разработку в 1837 г. Автоколлимационная трубка была сконструирована в приборе с качающимся зеркалом в 1925 г., такую инновацию произвела немецкая фирма «Цейс».

Оптиметры подразделяются на горизонтальные и вертикальные приборы, главной отличительной особенностью которых является конструкция станины. Ультраоптиметр – оптиметр с ценой деления 0,2 мкм, предел измерения соответствует 5 мкм. Характерной особенностью этого прибора является двойное отражение от подвижного зеркала изображения шкалы, что позволяет в результате увеличения длины оптического рычага сократить цену деления.

В приборе используются оптические преобразователи, оснащенные окулярным или проекционным отсчетом. Если оптический преобразователь имеет проекционный отсчет, то в трубке с таким отсчетом создается освещение пластины лампой, на пластине с одной стороны изображена шкала, а с другой стороны нанесен индекс. Окулярная трубка создает освещение пластины отражением луча от специального зеркала. При этом изображение шкалы передается на четко зафиксированное зеркало, далее изображение попадает на качающееся зеркало, производящее повороты на разнообразные углы, находящиеся в зависимости от занимаемого положения измерительного стержня. Трубка с окулярным отсчетом не содержит неподвижного зеркала, поэтому в результате отражения от зеркала изображение шкалы отправляется на вторую половину пластины, следовательно, накладывается на индекс. В результате перемещения стержня происходит смещение вторичного изображения по отношению к неподвижному индексу, и вторичное изображение при помощи зеркал проектируется на экран в проекционной трубке прибора, также оно наблюдается через окуляр. Трубка оптиметра оснащается шкалой с ценой деления мкм, возможный предел измерения по шкале определяется в 100 мкм. Оптиметры обеспечиваются съемной оснасткой (которая включает устройства для произведения измерения среднего диаметра резьбы, размеров проволочек, длин концевых мер и иного), проекционной насадкой, используемой для окулярных трубок, электроконтактной головкой, служащей для измерения отверстий с диаметрами 1—13,5 мм.

Оптические дальномеры

Оптические дальномеры разделяются на дальномеры с постоянным параллактическим углом и на дальномеры с постоянным базисом.

Разработаны на основе решения параллактического треугольника. В различных типах дальномеров линейные или угловые компоненты определяются разными способами. Самым простейшим оптическим дальномером с постоянным углом является нитяной дальномер, установленный в зрительной трубе геодезического инструмента.

Оптические лазерные дальномеры геометрического типа характеризуются наличием собственной постоянной. Такие дальномеры могут быть монокулярные, бинокулярные или стереоскопические. Монокулярный лазерный дальномер разработан на основе представления изображения объекта в окуляре, который создан из двух половин, поделенных при помощи горизонтальной прямой.

Изображение в половинах строится при помощи лучей, которые должны пройти разные оптические системы лазерного дальномера.

Осциллограф

Осциллограф – измерительный прибор, позволяющий оценивать уровень слабых сигналов, их форму и частоту.

В осциллографе роль индикатора играет электронно-лучевая трубка, практически идентичная телевизионной.

Отличительной особенностью трубки прибора является электростатическая развертка. Главные узлы осциллографа: трубка; система ее питания, содержащая в себе высоковольтный выпрямитель; блок развертки с генератором пилообразного напряжения развертки, прочерчивающий на экране горизонтальную линию; усилитель сигнала. Напряжение подается с усилителя на пластины вертикального отклонения, луч перемещается вверх и вниз и общими усилиями с разверткой изображает график сигнала. Один период определяемого напряжения, отображаемого на экране, соответствует одному горизонтальному прочерку луча относительно одного периода самого сигнала. При увеличении частоты сигнала на экран выводится несколько периодов. В случае большого количества периодов для удобства их исследования увеличивают частоту развертки, тем самым уменьшая число периодов сигнала на один горизонтальный прочерк луча, что соответствует одному периоду развертки. Частота развертки может изменяться скачкообразно, в несколько раз, и плавно, создавая синхронизацию развертки с частотой исследуемого сигнала, при котором картинка стоит на месте, т. е. не бегает. Основная часть осциллографа оснащается системой синхронизации, которая автоматически подстраивает генератор развертки, а также создает синхронизацию его с сигналом. В случае подачи на вход прибора калиброванного напряжения, определяемого как напряжение известного уровня, при замере высоты графика на экране можно рассмотреть соответствие уровня неизвестного сигнала. Приблизительная оценка частоты сигнала находится в результате определения числа периодов на экране, при этом частота разверстки должна быть постоянной. Точное нахождение частоты синусоидального сигнала происходит по фигурам Лиссажу, которые фиксируются в результате подачи на пластины горизонтального отклонения синусоидального напряжения известной частоты вместо пилообразного напряжения развертки.

Существуют аналоговые, аналоговоцифровые, цифровые осциллографы.

Главным параметром цифровых устройств считается частота дискретизации.

Цифровые осциллографы по отношению к аналоговым обладают большим количеством достоинств, к которым относятся: возможность записи и хранения данных, полученных о входном сигнале; взаимодействие с персональным компьютером; произведение автоматических измерений; расширенные возможности синхронизации сигнала; математическая обработка исследуемых данных и др.

Цифровые осциллографы могут представлять собой устройства общего назначения, исследующие сигналы частотой не выше 50 МГц. Прибор способен регистрировать однократный сигнал с максимальной частотой выборки 0 Мвыб/с на канал, периодичность не более 10 Гвыб/с. Автоматический поиск периодических сигналов производится от 100 Гц до 40 МГц. При помощи осциллографа находятся автоматические измерения амплитуды импульсов, размаха сигнала, среднеквадратического значения периодического сигнала, периода, частоты, длительности импульсов, времени нарастания и спада импульсов. В конструкции предусматриваются передвижные маркеры, используемые для измерения любого участка сложного сигнала по вертикали и горизонтали. Также в приборе предусмотрена встроенная энергонезависимая память, которая способна сберегать режимы предыдущего сеанса работы, полученные до прекращения работы на приборе, т. е. до отключения от сети. Осциллограф цифровой способен функционировать с полным телевизионным сигналом различной формы.

Осциллограф используется для определения формы сигнала, позволяя как бы увидеть процессы модуляции, детектирования, выпрямления, сдвиг фаз. Также он показывает форму сигнала в электромузыкальных инструментах, изменение формы в результате воздействия разнообразных элементов, формирующих тембр. Прибор демонстрирует форму усиливаемого сигнала во всевозможных зонах усилителя низкой частоты, позволяя тем самым фиксировать участки с создающимися нелинейными искажениями. Для нахождения неоднородностей, обрывов, замыканий в фидере при использовании двулучевого высокочастотного осциллографа определяют временной интервал между зондирующим и отраженным прямоугольными короткими импульсами.

При расчетах необходимо учесть скорость распространения электромагнитной волны в кабеле, которая составляет примерно 2 × 108 м/с, и найти расстояние от направленного ответвителя до неоднородности.

Отсчетное устройство

Отсчетное устройство средства измерений представляет собой часть компонентов средства измерений, которое ориентировано на фиксирование значений измеряемой величины, а также на значения взаимодействующих с исследуемой величиной параметров.

К отчетным устройствам могут относиться средства индикации или указатель установочного устройства меры.

Производят подсчет и индикацию количества выданного топлива и стоимости отпущенного топлива, также определяют индикацию цены выдаваемого топлива и готовности топливно-расчетного комплекса к произведению отпуска с предписанием фиксированной части, управление клапаном снижения, программирование параметров отпуска топлива по интерфейсу, закрепление программируемых параметров и итогов отпуска от суммарных счетчиков после отключения питания, которое производится за ничем не ограниченное время, индикацию итогов отпуска, которые произведены после отключения питания в течение 3 мин.

Могут использоваться для синхронного управления от 2 до 10 рукавов выдачи топлива топливно-расчетных комплексов с электронными датчиками расхода.

Устанавливаются в топливораздаточных колонках, во взрывобезопасных зонах и в качестве модернизирующего устройства топливно-расчетных комплексов различного производства.

Пантометр

Название инструмента было создано в результате соединения греческого слова pan, перевод которого означает «все», и слова «метр». Является измерительным угломерным геодезическим прибором. Пантометр применяется при съемочных работах, производимых в лесных местностях и в районе торфяных болот.

Параметрические датчики

Представляют собой датчики-модуляторы, которые осуществляют преобразование входной величины в трансформацию любого электрического параметра датчика. Трансформация определенного параметра происходит благодаря ответному действию датчика на электрические параметры (например, ток или напряжение). Для параметрических датчиков необходимо использовать специальные измерительные цепи на основе питания при помощи постоянного или переменного токов.

Перемещения датчик

Перемещения датчик представляет собой измерительный преобразователь с входной величиной в виде механических перемещений, которые преобразуют контролируемую величину в сигнал, который можно измерить, передать, сохранить, обработать, зарегистрировать. Также можно оказать им влияние на управляемые процессы.

Перемещения датчика распределяются относительно вида выходной величины, являющейся результатом преобразования входной величины.

Индуктивные датчики перемещения представляют собой электромагнитные датчики, разработанные на индуктивных, индуктивно-потенциометрических измерениях. Индуктивные датчики обладают различными диапазонами измерений, имеют разнообразные классы точности, конструктивное исполнение, оснащаются интегрированной или внешней электроникой. Положительными качествами датчиков считаются их износостойкость, практически полное исключение их обслуживания, компактное воплощение, защищенность от воздействия на них внешних факторов в виде грязи и влажности. Используются в активных гидравлических цилиндрах подвески, при измерении износа сцепления гоночных автомобилей, при абсолютном непрерывном измерении уровня, отклонения загрузочного барабана стиральной машины.

Емкостные датчики перемещения используются для измерения перемещения, положения, расстояния до всех электропроводящих объектов, а также для объектов, которые изготовлены из изоляционных материалов. Достоинствами таких датчиков являются высокая разрешающая способность, высокая температурная стабильность, быстродействие, высокая долговременная стабильность. К недостаткам относят чувствительность к окружающей среде, поэтому при попадании грязи, пыли, воды, диэлектрических материалов в измерительный зазор может последовать искажение измерительного сигнала. Применяются для бесконтактного измерения толщины слоя пленки, аксиальной деформации тормозного диска, измерения аксиальных ударов в дисководах.

Оптические датчики перемещения – бесконтактные датчики перемещений, которые разработаны на основе оптической триангуляции. Характеризуются высокой точностью, разрешающей способностью и линейностью, большим диапазоном измерений, большим базовым расстоянием, высокой скоростью измерения. Обладают способностью подавления внешней засветки. Прибор оснащается видимым лазером, который относится ко второму классу защиты. Предназначен для произведения измерения на больших расстояниях от объекта. Оптические датчики перемещения имеют маленький диаметр измерительного пятна. Роль чувствительного элемента выполняют аналоговый модуль или цифровая линейка. Используются для измерения толщины пластиковых деталей в автомобильной промышленности, для нахождения радиальных колебаний дискового резца, для 3D-контроля поверхности кровельной черепицы, при копланарности выводов микросхем.

Токовихревые датчики перемещения представляют собой бесконтактные датчики, предназначенные для измерения расстояния, перемещения, положения электропроводящих объектов, которые обладают как ферромагнитными, так и неферромагнитными свойствами.

Датчики такого типа характеризуются нечувствительностью к действию масла, грязи, пыли, влажности. Токовихревые датчики перемещения изготавливаются диаметром 2—140 мм. Свойства: высокая разрешающая способность, высокая линейность, не реагируют на загрязнение и прекрасно производят динамические измерения. Используются для произведения измерений в тяжелых условиях эксплуатации. Применяются для измерения радиальных колебаний суперпроводящего магнита, для нахождения толщины нитей, для определения толщины слоя масляной пленки в двигателях внутреннего сгорания, толщины пластиковых деталей в автомобильной промышленности.

Тросовые датчики перемещения – датчики, производящие измерение линейного перемещения объектов путем применения измерительного троса, изготовленного из гибкой нержавеющей стали. Трос наматывается на барабан при помощи пружинного мотора; барабан аксиальным способом объединяется с многоступенчатым потенциометром, инкрементальным кодирующим прибором или абсолютным кодирующим прибором. При использовании линейное перемещение троса переходит во вращательное движение барабана, благодаря потенциометру осуществляется, изменяется в сопротивление, являющееся по отношению к перемещению пропорциональным. Характеристики тросовых датчиков перемещения: диапазон измерения составляет 50 000 мм, разрешающая способность определяется как квазибесконечная, монтаж достаточно прост и гибок, отличается хорошими показателями надежности и сроком службы, обеспечиваются аналоговыми и цифровыми входами. Эти датчики применяются для измерения хода вилки автопогрузчика, в системе синхронизации хода, для измерения колебаний в результате ходовых проверок, при отделении спутника от ракетоносителя.

Пикнометр

Пикнометр – прибор, используемый для гидростатического взвешивания. Конструкция пикнометра может представлять собой U-образной капиллярный вид. Также существует пикнометр Оствальда, который состоит из колбы для жидкости, проволочной петли для подвешивания прибора к чашкам весов и метки. Плотность этого вида плотномера находят по принципу взаимоотношения массы жидкости к ее объему. Объем измеряется при помощи шкалы либо метками на сосуде, масса определяется путем взвешивания аналитическими весами. Измерение плотности твердых тел или порошков происходит при погружении их в сосуды, получившие название «волюмометры», которые могут быть с притертой пробкой и с градуированным горлом. Волюмометры наполняются жидкостью, не обладающей свойством растворения вещества, в нее погруженного. Для нахождения плотности газов применяются пикнометры специальной формы, например шаровидной.

Пипетки

Пипетки являются стеклянными трубками всевозможного диаметра. Пипетки могут быть как прямые, так и с расширением посередине, которое может быть трех видов: цилиндрическое, шаровое, грушевидное.

Виды пипеток:

  1) пипетка с расширением и меткой, получившая название пипетки Мора;

  2) пипетка, градуированная на полный слив и оснащенная каноническим концом;

  3) пипетка, градуированная на полный слив, с плоским концом;

  4) пипетка, градуированная на частичный слив с каноническим или плоским концом;

  5) пипетки выдувные.

Градуированную пипетку создал немецкий химик и фармацевт Карл Фридрих Мор (1806—1879). Такие пипетки используются для частичного слива установленного количества жидкости. За единицу объема принят см3 или мл.

Градуированные пипетки подразделяются на два класса точности:

  1) класс А присваивается пипеткам высокого уровня, предельная ошибка в разы меньше минимальной цены деления шкалы;

  2) класс Б имеют пипетки низкого уровня, при этом предельная ошибка в измерении объема должна быть меньше минимальной цены деления шкалы, например 0,01 мл для пипеток объемом в 1 мл и 0,2 мл соответственно для пипеток в 5 мл.

Тип пипеток определяет и место выливания жидкости из пипетки, это может осуществляться от нулевой линии вверху до любой линии градуировки. В других случаях выливание производится от любой линии градуировки до носика. Верхняя часть пипетки в обязательном порядке создает прямой угол с осью пипетки, дефекты на ней исключаются, так как они способны создать помехи при точной установке мениска при помощи пальца. Нижняя часть пипетки представляет собой выливной носик в виде гладкого конуса. Для установления мениска жидкости необходимо создать совпадение плоскости верхнего края или центра линии градуировки с нижней точкой самого мениска. Для устранения или хотя бы сведения их к минимуму применяют один метод установки мениска для исследования начального и конечного значения. Установка опускающегося мениска производится определенным образом: берется чистая пипетка, которая держится в вертикальном положении, ее наполняют жидкостью, которая должна быть примерно на несколько миллиметров выше линии градуировки, и вот на этой линии устанавливается мениск. Для удаления капли, которая может остаться на носике пипетки, используется стеклянный сосуд, в результате прикосновения к которому концом пипетки и удаляется капля. Из пипетки жидкость сливается в стеклянный сосуд, фиксируемый в слегка наклоненном состоянии, при этом кончик носика должен касаться внутренней поверхности этого сосуда. Пипетка и сосуд не сдвигаются во время процедуры сливания. Время выливания для пипеток объемом в 10 мл определяется в 10 с, для пипеток в 5 мл не должно быть более 1 с. В случае, когда пипетка не снабжена указанием времени ожидания стекания, не требуется дожидаться полного стекания жидкости, которая может оставаться на стенках. Для полноты выливания до носика время ожидания составляет 3 с. В случае, когда указано время ожидания, например 15 с, выливание останавливается при положении мениска выше линии градуировки на несколько миллиметров. Мениск окончательно фиксируют через 15 с на линии градуировки. Если выливание производится полностью до носика, то выдерживается 15 с до изъятия пипетки из приемного сосуда. Для пипеток с выдуванием нужно обязательно выдуть последнюю каплю из носика.

Высокоточная пипетка применяется для серийного раскапывания различных объемов – 12,5 мкл, 25 мкл, 50 мкл. Точность раскапывания для пипеток такого типа составляет для 12,5 мкл – ±2,0%, для 5 мкл – ±1,5%, для 50 мкл – ±1,5%. Такие пипетки отличаются удобством в работе, ориентированы на использование как правшами, так и левшами. Оснащаются одноразовыми наконечниками и сбрасывателями наконечников.

Используются для произведения точного отмеривания установленного объема жидкости, а также для переноса жидкости из одного сосуда в другой. Обозначаются пипетки определенной последовательностью чисел, между которыми ставятся дефисы. Числа несут в себе определенную информацию: тип пипетки – исполнение – класс точности – объем (например, 1—2 – 5 – 10). Пипетки в обязательном порядке проходят калибровку на выливание, точность должна соответствовать определенному образцу стандарта. Также на пипетках могут указываться температуры, при которых производилась калибровка пипетки, обозначение на выливание указанной емкости и время ожидания, если оно задано, пределы погрешностей измерения объема.

Пиранометр

Название прибора произошло от греческих слов pyr – «огонь» и ano – «наверху», и слова «метр». Представляет собой устройство, предназначенное для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации, которая поступает на горизонтальную поверхность. Создал пиранометр геофизик Андерс Кнут Ангстрем, который занимался исследованиями изменения солнечной постоянной и солнечной активности, руководил Шведским бюро погоды, также был директором Шведского метеорологического и гидрологического института.

В конструкцию пиранометра включен экран, который затеняет устройство от прямых солнечных лучей, позволяя произвести измерения исключительно рассеянной радиации.

Термоэлектрическая батарея представляет собой последовательное соединение манганиновых и константановых полосок, при этом четные спаи обрабатываются сажей, нечетные спаи покрываются белой магнезией. Между спаями образуется разность температур, и происходит возбуждение термоэлектрического тока, находящегося в пропорциональной зависимости от падающей радиации. Замеры термоэлектрического тока производятся с помощью гальванометра. Для термобатареи предусмотрен стеклянный колпак, препятствующий попаданию в термобатарею инфракрасной радиации атмосферы, а также ветра и осадков. Абсолютные величины радиации, исследуемые пиранометром, сверяются с абсолютными величинами, полученными при помощи пиргелиометра.

Пиранометры используются для измерения интенсивности излучения волн. Приборы оснащаются одним стеклянным куполом; термостолбиком, который изготовлен из вороненой стали; и корпусом, созданным из анодированного алюминия. Некоторые модели могут оснащаться двойным стеклянным куполом, вращательно-симметричным корпусом из оксида алюминия с встроенным термостолбиком, белым защитным экраном и креплениями для точного установления горизонтального положения. Диапазон рабочих температур от -40 до +80 °C.

Черно-белый пиранометр применяется для измерительных работ по исследованию интенсивности излучения при длине волны 300—3000 нм. Разработан прибор на основе нахождения разницы температур между белыми и черными поверхностями. Прибор обеспечивается специальным куполом, который блокирует воздействие температуры окружающей среды на показания пиранометра. Также предусмотрено оснащение системой креплений, позволяющих произвести точное горизонтирование.

Двойной пиранометр используется для измерения интенсивности излучения при длине волн 300—3000 нм, для нахождения поглощающей способности земной поверхности – альбедо, а также для определения коротковолнового радиационного баланса. Действие прибора основано на измерении разницы температур между белыми и черными поверхностями, которое обеспечивается специальным куполом, предотвращающим воздействие на показания двойного пиранометра температуры окружающей среды. Предусмотрена система крепления, отвечающая за точное горизонтирование. Прибор работает при температуре от -40 до +60 °C, погрешность прибора составляет не более ±3% от полученного значения.

Пиргелиометр

Название состоит из греческих слов pyr – «огонь» и hellos – «Солнце», и слова «метр». Этот прибор предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации, которая падает на перпендикулярную поверхность относительно солнечных лучей. Исследования основаны на количестве тепла, полученного и поглощенного абсолютно черным телом.

Существуют компенсационный пиргелиометр Ангстрема, водоструйный прибор Ч. Аббота, пиргелиометр Виолля, пиргелиометры профессора Хвольсона, изотермический пиргелиометр.

Компенсационный пиргелиометр Ангстрема создан геофизиком Кнутом Юханом Ангстремом. Приемная часть представляет собой две одинаковые очень тонкие манганиновые пластинки, которые сверху зачерняются. Одна пластина нагревается под действием солнечных лучей, другая нагревается электрическим током от постороннего источника и в обязательном порядке защищается от воздействия солнечных лучей. В случае равенства температур двух пластинок термопара, установленная к пластинкам, не дает ток вследствие их полной компенсации. Исследования показывают, что количество тепла, которое выделяется в результате полной компенсации тока во второй пластинке, соответствует количеству тепла, которое получается первой пластинкой от солнечной радиации.

Водоструйный пиргелиометр Ч. Аббота, в который были внесены конструктивные поправки В. М. Шульгиным, создан на основе двух одинаковых трубок, в которые помещаются зачерненные изнутри камеры, омываемые потоками воды. Одна открывается для получения радиации, вторая затеняется и подвергается обогреву током, сила которого должна контролировать и уравнивать температуру потоков воды, выходящих из обеих камер. Контроль при этом осуществляется при помощи термоэлементов. Интенсивность радиации определяется относительно выделяемого в камере количества тепла и площади приемного отверстия камеры.

Показания водоструйного пиргелиометра отличаются на 3,5% в большую сторону от пиргелиометра Ангстрема.

Пиргелиометр Виолля, также называемый актинометром, представляет собой сочетание медного полированного и никелированного снаружи шара и установленного в него концентричного шара меньшего диаметра, который изнутри зачерняется. Пространство между шарами заполняется водой или льдом, оснащается специальным термометром, определяющим температуру помещенной воды или льда. В шары помещаются три трубки таким образом, чтобы они проходили через оба шара. Две трубки представляют собой продолжение друг друга, на их концах устанавливаются диски. Третья трубка выполняет функцию включения в прибор актинометрического термометра. Пиргелиометр устанавливается на подставку и треногу, которые обеспечивают способность прибора производить вращение относительно горизонтальной и вертикальной осей. Это позволяет тени от одного диска правильно и концентрично покрывать больший диск. Солнечные лучи при прохождении сквозь отверстие, расположенное в центре диска, внутрь пиргелиометра попадают на шарик, покрытый сажей, актинометрического термометра, находящегося в центре прибора. В течение 5—6 мин производятся исследования, которые характеризуются последовательными отсчетами термометра в конце каждой минуты. Исследования начинаются с того, что отверстие в диске открыто и направлено в сторону Солнца, солнечные лучи нагревают термометр, и эта часть занимает 2—3 мин. Далее отверстие диска необходимо закрыть, и отслеживается понижение температуры от передачи тепла лучеиспусканием, производимым от термометра к стенкам внутреннего шара. Измерения, производимые каждую минуту, позволяют определить истинное увеличение температуры актинометрического термометра, полученного вследствие воздействия солнечных лучей в единицу времени. Абсолютное количество тепла, полученное термометром в минуту, находится благодаря установленной теплоемкости термометра и потери тепла по его трубке. Количество тепла, полученное в период измерений в минуту на см поверхности, перпендикулярной к солнечному лучу, определяется относительно поверхности отверстия, пропускающего солнечные лучи в пиргелиометр.

Пиргелиометр Хвольсона состоит из двух медных, зачерненных сверху пластинок, которые последовательно нагреваются Солнцем. Температурная разница исследуется при помощи припаивания к серединам пластинок двух проволок, медной и нейзильберной, которые в месте спая образуют термоэлемент. Проволоки присоединяются к гальванометру, отклонения стрелки которого пропорциональны разнице температур обеих пластинок. Медные пластинки поддерживают специальный штатив, предназначенный для фиксирования прибора параллактически. Устройство оснащается двумя легкими экранами, состоящими из трех алюминиевых пластинок, которые позволяют поочередно воздействовать на медные пластины солнечными лучами. Находятся теплоемкость медных пластинок, размер их поверхностей, разница температур в результате нагревания одной пластины в течение заданного времени, количество тепла, полученного нагреваемой пластиной. Значения, полученные при помощи гальванометра, переводятся при помощи отдельного опыта в разницу температур двух пластинок. Конструкция прибора довольно сложна, измерительный процесс должен осуществляться очень осторожно, что делает его недоступным для всех наблюдателей. Пиргелиометр Хвольсона не относится к нормальным приборам, способным производить сопоставления с доступными актинометрами.

Хвольсоном был разработан еще один вариант пиргелиометра, используемый для нахождения относительных измерений, который основан на разности температур двух тел, при этом одно подвергается нагреванию Солнцем, другое должно быть расположено в тени. В качестве тел принимаются термометры с направленными кверху спиральными резервуарами, которые установлены в латунные коробочки, которые заполняются медной жидкостью (коробочки в верхней части необходимо зачернить). Термометры фиксируются к медным полосам, которые при помощи зубчаток и боковых кремальеров передвигаются в направлении вверх и вниз. Прибор обеспечивается передвижной лупой, при помощи которой необходимо произвести отсчет термометров. Также предусмотрены тройные алюминиевые экраны, способные вращаться на стержнях. Коробочки затеняются или на них воздействуют солнечные лучи. Пиргелиометр фиксируется на подставке, которая создана для установления зачерненных поверхностей коробочек в положении, перпендикулярном действующим на них лучам Солнца. Интенсивность солнечного лучеиспускания определяется при помощи разности температур обоих термометров в результате воздействия солнечными лучами на один термометр и при затенении другого термометра через одинаковые интервалы времени.

Новые термометры представляют собой соответственно посеребренную пластинку с черной чертой в интервалах между ними и черную проволочную нить, расположенную чуть выше термометров, пластина с чертой и нить, соединенные с лупой, используются для правильной установки точки отсчета. Одна коробочка освещается, вторая находится в тени, отмечается увеличение температуры при нагревании термометра. Затем переходят к вращению зубчаток, при этом концы ртутных столбиков в термометрах должны располагаться на черной нити. Спустя полминуты исследования останавливают и отмечают отсчет показаний термометров. Далее движение продолжают и спустя полминуты отсчет производят снова. Наблюдения производятся в течение 2,5 мин, поэтому получают 5 разностей температур, в конечном счете предоставляющих два независимых относительно друг друга значения для напряжения солнечного лучеиспускания. В случае сравнения при помощи множителя полученную из отсчетов величину перемножают на множитель, получая при этом количество тепла, исходящее от солнечных лучей, прямо в абсолютной мере (в калориях).

Изотермический пиргелиометр – прибор для нахождения интегральной радиации Солнца, в котором роль коллектора солнечного излучения выполняет сфера с входным окном. В области первичного попадания луча установлен отражатель, который увеличивает коэффициент поглощения внутренней поверхности сферы. При помощи компьютерного проектирования создается отражатель определенной формы, которая служит для равномерного рассеяния по внутренней поверхности сферы потоков излучения. Все эти мероприятия направлены на достижение высокого уровня поглощения излучения Солнца, соответствующего 0,998, во всем спектральном диапазоне излучения, от ультрафиолетовой области до инфракрасной. Изотермический пиргелиометр представляет собой интегрирующий компонент высокой точности энергии излучения Солнца. При этом разогрев регистрируется высокочувствительными дифференциальными термоэлектрическими батареями, которые разработаны из оптимизированного полупроводникового термоэлектрического материала, легированного двумя компенсирующими примесями, способными создать высокую температурную стабильность материала для сохранения его чувствительности. Погрешность прибора приближена к минимальному значению, погрешности определяются теплообменом сферы с окружающей средой, поэтому для сведения их к минимуму пиргелиометр обеспечивается термобатареями Пельтье, сберегаемыми сферическим коллектором практически в изотермическом режиме. Эталонный электрический нагреватель вводится для прецизионного уровня измерения поверхности сферы, при помощи эталонного электрического нагревателя создается градуировка батарей Пельтье. Благодаря электронному прибору автоматически поддерживается приемная сфера с точностью +0,005 °C в изотермическом режиме. Интегральная плотность определяется с погрешностью не более +0,01%, которая отвечает точности самых лучших стандартов интегрального излучения Солнца. Изотермический прибор применяется для нахождения закономерностей социальных, биологических, физико-химических, макроскопических процессов, так как интегральное излучение Солнца представляет собой существенный фактор солнечной активности, которая воздействует на окружающую среду Земли.

Используется в качестве контрольного устройства относительных приборов, называемых актинометрами.

Пиргеометр

Название произошло от греческих слов pyr – «огонь» и ge – «Земля», и слова «метр». Пиргеометр разработан геофизиком Кнутом Юханом Ангстремом (1857—1910).

Прибор предназначен для произведения измерения эффективности излучения земной поверхности, которое заключается в нахождении разницы между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы. Для определения эффективного излучения приемную поверхность прибора необходимо последовательно поворачивать к небу и Земле. Полученная разница и является эффективным излучением земной поверхности.

Термоэлектрический пиргеометр С. И. Савинова, усовершенствованный Ю. Д. Янишевским, представляет собой последовательно соединенные шероховатые черные и блестящие никелированные полоски. Разница температур получается благодаря разной излучательной и поглощательной способностям, полученный при этом термоток определяется при помощи гальванометра.

Пиргеометр градуируется в абсолютных величинах в результате сопоставления с показаниями компенсационного пиргелиометра Ангстрема, также может использоваться излучение абсолютно черного тела.

Пиргеометр В. А. Михельсона представляет собой абсолютный компенсационный прибор с полосками, которые направлены в противоположные стороны, что позволяет непосредственно рассмотреть эффективное излучение земной поверхности.

Пирометры

Прибор, позволяющий точно измерить температуру на основе изменения сопротивления проводника от нагревания. В измерительном процессе не последнее место играет тугоплавкий металл, например платина или вольфрам, из этого материала делается небольшая катушка, которая устанавливается в тугоплавкую трубку. Для измерения рассматривается изменение сопротивления относительно изменения температуры. Прибор пирометр также называется термометром сопротивления.

Пирометры подразделяются на радиационные, яркостные, цветовые. Радиационные пирометры предназначены для измерения температуры от 0 до 500 °C, такой прибор основан на измерении интегральной интенсивности излучения данного объекта.

Яркостные пирометры – оптические пирометры, которые направлены на измерение температур в диапазоне от 500 до 4000 °C, разработаны на основе сравнения яркости в узком участке данного объекта с яркостью образцового излучателя, к которому относится фотометрическая лампа.

Цветовые пирометры – приборы, разработанные для измерения отношения интенсивности излучения на двух длинах волн, которые определяются в красной или синей части спектра, способны производить измерения температуры свыше 800 °C.

Платиновый пирометр. Этот тип пирометра используется для точного измерения температур до 1000 °C. Точность измерения в диапазоне от -20 до 600 °С составляет 0,0001 °C.

Пирометрами измеряется температура в труднодоступных местах, перемещающихся объектах. Ими измеряются высокие температуры, при которых не способны работать датчики других видов, они используются как для высоких, так и для низких температур. Низкие температуры измеряются при помощи определения сопротивления пирометра, охлажденного жидким воздухом до -195 °C, при этом шкала градуируется от -195 до 0 °C. Для производственных нужд необходимо точно знать температуру частей машин и целых установок. В тепловую установку в нескольких местах включают спирали, например в топке, в трубе для отвода отработанных газов. Спирали соединяются при помощи проводов с единым измерительным прибором, что позволяет определять температуру разных частей установки, перемещая переключатель с одних проводов на другие. Такой способ применяется для слежения за температурным режимом нагревания и охлаждения литых изделий. При помощи пирометров исследуются работа машин, течение болезней, для этого приборы соединяют с записывающими устройствами. Если к стрелке пирометра присоединить сигнализатор, в роли которого могут выступить лампочка или звонок, то появляется возможность автоматического сигнализирования приближения опасной для установки температуры (например, при наступлении температуры, являющейся близкой к температуре плавления подшипников, автоматически включаются красный свет или электрозвонок, также может снижаться скорость вращения).

Пито-Прандтля трубка

Пито—Прандтля трубка относится к пневмометрическим приборам для произведения измерения размера и ориентированности скорости, для определения расхода газа и жидкости в результате измерения давления в потоке. Создана в 1732 г. французским ученым А. Пито, затем была модернизирована Л. Прандтлем.

Комбинированная трубка Пито– Прандтля является трубкой цилиндрической формы с осью вдоль потока, носик которой имеет полусферический вид. Критическая точка определяется как центральное отверстие на полусфере, полное давление определяется сквозь критическую точку. Также в приборе есть ряд отверстий или одно отверстие, которое находится на боковой поверхности трубки. Они расположены на расстоянии нескольких диаметров трубки относительно носика, предназначены для определения статического давления. Геометрическая форма трубки, отверстий, расстояние между отверстиями и носиком трубки задаются таким образом, чтобы давление в боковых отверстиях было приближено к статическому давлению в рассматриваемой точке потока. Вводится поправочный коэффициент, который способен учитывать малую погрешность давлений, коэффициент находится при помощи тарировки. Плотность несжимаемой жидкости может рассматриваться по уравнению Клапейрона, скорость потока – по уравнению Бернулли. Для нахождения скоростей более 50 м/с обязательно учитывается сжимаемость воздуха.

Трубка Пито—Прандтля используется для измерения скоростей течения воды в трубах, каналах, реках, измерения скоростей воздушных потоков, относительных скоростей перемещения водных судов и летательных аппаратов, для определения скорости и числа Маха в сверхзвуковом потоке. Для измерения скорости потока было разработано большое количество вариантов трубки Пито—Прандтля.

Плотномер

Плотномер – измерительный прибор, служащий для измерения плотности газов, жидкостей, твердых веществ. Для выбора соответствующего плотномера рассматриваются основные метрологические, а также эксплуатационные характеристики, к ним относятся: точность, воспроизводимость, пределы измерения, их погрешности и диапазон, температуры действия и давления, определение взаимодействия конструкционных материалов и исследуемых веществ. Стандартной температурой считается 0 °C, такая температура позволяет произвести измерения при помощи плотномера. Относительная плотность разнообразных веществ при этой температуре позволяет составлять таблицы (или номограммы), которые заносятся в справочную литературу и принимаются как основа исследований.

Для жидкостей используются автоматические и ручные плотномеры, которые подразделяются по принципу действия: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.

Поплавковые, или ареометрические, плотномеры разработаны на основе закона Архимеда, по которому масса жидкости, вытесненная плавающим аэрометром, равна его массе, такие приборы имеют погрешность 0,2—2% от диапазона показаний плотности, охватываемого шкалой прибора. Массовые плотномеры созданы на принципе постоянного взвешивания определенных объемов жидкости, погрешность прибора составляет 0,5—1%. Гидростатические плотномеры позволяют измерять давление столба жидкости неизменной высоты, погрешность соответствует 4%. Радиоизотопные плотномеры работают на принципе нахождения ослабления пучка γ-излучения, полученного при его поглощении или рассеянии слоем жидкости. Погрешность этого прибора составляет примерно 2%. Вибрационный плотномер разработан на принципе зависимости резонансной частоты колебаний, которые возбуждаются в жидкости, относительно ее плотности, погрешность прибора составляют (1—2) × 10-4 г/см3. Ультразвуковые плотномеры созданы на основе зависимости скорости звука в среде относительно плотности среды, погрешность этих приборов – в пределах 5%.

Лабораторные плотномеры используются в качестве ручного периодического измерения относительной плотности веществ, в основном это аэрометры, пикнометры и гидростатические весы. Ареометры подразделяются на приборы постоянной массы, которые применяются в большинстве случаев, и постоянного объема. Ареометры постоянной массы состоят из шкалы плотности, балласта или дроби, связующей массы, встроенного термометра. Ареометры постоянного объема имеют: балласт или дробь, связующую массу, тарелку для гирь, метку. Денсиметры являются ареометрами постоянной массы, шкала градуируется в единицах плотности. Также к этому типу плотномеров относятся приборы, определяющие концентрацию растворов, для них шкала градуируется в процентах по объему или по массе. Эти приборы называются лактометрами (они измеряют жирность молока), спиртомерами (определяют содержание спирта в воде), сахарометрами (позволяют определять содержание сахара в сиропах) и т. д. Плотность постоянного объема измеряется при помощи изменения массы поплавка при достижении определенной метки в результате погружения поплавка. Также этот тип ареометра позволяет определить плотность твердых тел.

Плотномеры, используемые для гидростатического взвешивания, разработаны на принципе закона Архимеда и определяют плотность жидкостей и твердых тел. Для измерения плотности жидкости применяется какое-либо тело с определенной массой и объемом (в основном стеклянный поплавок, который взвешивается в этой жидкости). Для измерения плотности твердого тела необходимо произвести его двукратное взвешивание, которое осуществляется сначала в воздухе, это взвешивание позволяет определить массу тела. Далее взвешивание осуществляется в жидкости, плотность которой известна, поэтому для этих целей в основном используется дистиллированная вода. Разница, найденная из результатов обоих взвешиваний, определяет объем твердого тела. Гидростатическое взвешивание на технических, аналитических, образцовых весах дает разную степень точности. Массовые измерения, как правило, осуществляются на быстродействующих весах, но менее точных, к ним относятся весы Мора, весы Вестфаля, также используется их комбинация.

Конструкция гидростатических весов Мора—Вестфаля включает в себя неравноплечное коромысло, шкалу в виде поперечных надрезов для гирь и шкалу для указателя равновесия, неподвижного противовеса, стеклянного поплавка, гирь-рейтеров, сосуда с жидкостью, термометра, двойной чашки для помещения твердых тел, где верхняя сплошная, а нижняя оснащена отверстием и используется для погружения в воду.

Технологические плотномеры являются измерительными приборами автоматического типа, применяются для беспрерывного определения и регулирования плотности веществ, которые находятся в процессе своего производства или переработки. Устанавливаются эти приборы в контрольных точках технологических линий и на аппаратах промышленных установок. Такие типы плотномеров разрабатываются в виде датчиков, вторичных приборов, блоков подготовки пробы и т. д.

Поплавковые плотномеры подразделяются на плавающие и погруженные в жидкость. Плотномер с плавающим поплавком для жидкости состоит из основного сосуда, переливного сосуда, поплавка, сердечника, катушки, из входной трубы, подводящей трубы, отводящей трубы, термометра сопротивления, вторичного прибора, индукционного моста. Плотномер с погруженным поплавком для жидкостей включает в себя камеру, поплавок, уплотнительный сифон, противовес, коромысло, ролик, рычаг, мембранную коробку, заслонку, сопло, вторичный прибор. Эти типы приборов имеют отличительные особенности. Для одного отношение глубины его погружения обратно пропорционально плотности применяемой жидкости, в другом случае плотность прямо пропорциональна массе поплавка. Также поплавковые плотномеры используются для определения плотности газов. Конструкция поплавкового плотномера для газов включает в себя камеру, герметичный и открытые шары, коромысло, устройство для балансировки и регулирования чувствительности коромысла, груз, мембранную коробку, фильтры, постоянный магнит, стрелку прибора. Измерения осуществляются в результате постоянного взвешивания шара с азотом в камере, которая заполняется исследуемым газом. Мера плотности определяется относительно угла наклона коромысла, движение которого, взаимодействуя с магнитом, переходит к стрелке прибора.

Массовые плотномеры разработаны на принципе пропорциональности плотности и массы жидкости постоянному объему. Конструкция массового плотномера: U-образная трубка, тяги, соединительные патрубки, рычаг, противовес, сильфон, трубка для подачи воздуха, заслонка, сопло. Такие плотномеры оснащаются пневматическим преобразователем, жидкость определенного объема, протекающая по трубопроводу, беспрерывно взвешивается. В конструкции предусмотрена U-образная трубка, по которой движется проверяемая жидкость, объединенная с заслонкой рычажной системой. Давление воздуха в сильфоне аппарата, а также плотности жидкости, которые меняются пропорционально, определяются по вторичному прибору.

Массовые плотномеры измеряют плотность суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, в состав которых входят твердые включения.

Гидростатические плотномеры основаны на принципе линейной зависимости гидростатического давления относительно высоты уровня и плотности жидкости. Измерение столба жидкости происходит непосредственно при косвенном способе – производится продувание воздуха сквозь жидкость. Давление такого воздуха пропорционально столбу жидкости. В данном случае применяется пьезометрический плотномер.

Конструкторское решение пьезометрического плотномера: сосуд с исследуемой жидкостью, сосуд со сравнительной жидкостью, фильтр, измерительный блок с манометром, дифманометр, вторичный прибор. Дифференциальный метод продувания позволяет исключить воздействие колебаний температуры и уровня жидкости, в этом случае продувание воздуха осуществляется одновременно через исследуемую и сравнительную жидкости, которые непременно должны быть одной температуры, т. е. термостатированные. Измерение разницы давлений осуществляется при помощи дифманометра. В конструкции дифманометра предусмотрено наличие пневмопреобразователя, создающего передачу соответствующего сигнала на вторичный прибор.

Гидростатический плотномер, измеряющий плотность газов, работает на принципе сравнения давления столба исследуемого газа и эталонного, имеющих равную высоту. Такой плотномер состоит из трубки, дифманометра и термостата. Дифманометр фиксирует перепад давлений, который пропорционален плотности проверяемого газа.

Радиоизотопные плотномеры основаны на изменении интенсивности ионизирующих излучений в результате их прохождения сквозь рассматриваемую среду. Состоит радиоизотопный плотномер из основного источника излучения и дополнительного источника излучения, сосуда с жидкостью, основного приемника излучения и дополнительного приемника излучения, электронного усилителя, основного электронного преобразователя и дополнительного электронного преобразователя, компенсирующего клина, реверсивного электродвигателя, индуктивного передатчика, вторичного прибора. Плотность среды находится в функциональной зависимости от характера излучений, их ослабления. В таких плотномерах главным образом используется γ-излучение. Исследования основываются на прохождении излучения от источника сквозь пласт жидкости в сосуде, затем происходит попадание в приемник излучения. Плотность измеряется, и в электронном усилителе происходит усиление сигнала приемника, отправляемого в электронный преобразователь. В преобразователь также направляется сигнал, который создается излучением дополнительного радиоизотопного источника, получаемый при прохождении сквозь поглощающий металлический клин и дополнительный приемник. Формирование сигнала, функционально объединенного с разностью поступающих сигналов, также выполняет функцию управления реверсивным электродвигателем, который, в свою очередь, двигает клин для получения равновесия входных сигналов от основного и дополнительного источников излучения, происходит в преобразователе. Баланс движения клина соотносит индукционную передачу с вторичным прибором, размер перемещения клина пропорционален трансформации плотности жидкости. Радиоизотопные плотномеры предназначены для бесконтактного контроля и регулирования плотности агрессивных, сильновязких, горячих сред, сгущенного молока, сахарных сиропов, жидкостей, которые находятся под воздействием больших давлений, и т. д. Также плотномеры такого типа применяются для измерения плотности твердых тел, в некоторых случаях даже для измерения плотности газов.

Вибрационные плотномеры оснащаются чувствительным элементом, разработанным в виде металлической трубки, внутренняя часть которой в обязательном порядке подвергается полированию. Чувствительный элемент устанавливается в потоке исследуемого вещества с помощью электронного устройства, предусмотренного в конструкции трубки, в потоке происходит осциллирование трубкой, частота собственных колебаний трубки обусловливается плотностью вещества.

В настоящее время в конструкторское решение технологических плотномеров включаются микропроцессоры и вычислительные блоки, которые способны производить корректирование параметров при видоизменении внешних условий. Нововведения позволяют увеличить конструктивный потенциал, а также метрологические, эксплуатационные характеристики плотномеров.

В связи с тем, что относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при стандартной температуре, это позволяет по значениям плотности, полученным при помощи плотномера, определять состояние примесей в веществах и растворах. Плотномеры широко используются для проведения большого спектра анализов, а также способны давать результаты по контролю технологических процессов производства, помогая в составлении автоматического управления этими процессами. Эти приборы получили применение при правильной организации системы количеств учета материала при их приемке, в процессе хранения и при выдаче. Применяются в различных отраслях хозяйствования, для научно-исследовательских целей.

Плювиограф

Измерительный прибор, регистрирующий продолжительность, количество, интенсивность осадков.

Прибор представляет собой конструкцию, состоящую из сосуда цилиндрической формы емкостью 500 см3, водосборной камеры, поплавка, сливных трубок, емкости – ведра, стрелки, сифона, механизма, осуществляющего слив воды. Способ работы прибора состоит в сборе осадков, которые сначала поступают в приемный сосуд-цилиндр и самостоятельно по сливной трубе стекают в водосборную камеру. Наполнение водосборной камеры приводит в действие поплавок, который, всплывая, включает специальный механизм. Этот механизм способствует сливанию воды в приемное ведро через сифон. Прибор имеет специальный вращающийся барабан, на котором укреплена лента, и на этой ленте перо записывает информацию о характере осадков в виде линий. Горизонтальные линии обозначают количество осадков, вертикальные линии обозначают время. Запись ведется с нижнего края ленты от нулевой отметки. Когда водосборная камера наполняется целиком, запись идет у верхнего края ленты. Вода из камеры сливается в приемное ведро, и записывающее перо снова возвращается к нулевой отметке. Таким образом, запись ведется непрерывно.

Поляриметр

Поляриметр – прибор, предназначенный для произведения измерения оптического вращения активных субстанций, например сахарида, аскорбиновой кислоты, глаумата натрия.

В настоящее время разработаны полностью автоматические поляриметры, которые просты в обращении. Для эксплуатации такого прибора необходимо произвести только заполнение специальной трубки жидкостью. Трубка устанавливается в гнездо прибора, которое предназначено для образцов, и устройство готово к работе. В некоторых поляриметрах точность результата зависит от выбранного режима, быстрого или медленного режимов регулировки яркости поля зрения. Быстрый режим используется для ускоренной настройки прибора, что приводит к примерным показаниям в результате длительного вращения анализатора. Медленный режим настраивает прибор на вращение анализатора на 0,05° за один раз, при совпадении яркости полей зрения выдаются более точные данные, которые выводятся на цифровой дисплей, которым оснащаются современные поляриметры.

Поляриметр круговой используется для произведения измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными и однородными растворами, жидкостями, чтобы найти их возможную концентрацию. Портативный поляриметр предназначен для измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными прозрачными и однородными растворами, жидкостями, используется для нахождения концентрации растворов оптически активных веществ (например, сахара, глюкозы, белка) по углу вращения плоскости поляризации. Портативными поляриметрами оснащаются лаборатории пищевой и химической промышленности. Также разработаны компактные модели для индивидуального контроля содержания сахара в крови у больных сахарным диабетом.

Потенциометр

Потенциометр – электроизмерительный прибор, разработанный на принципе компенсационного метода измерения, также такие приборы получили название электроизмерительных компенсаторов.

Компенсационный метод измерений представляет собой метод, в основу которого положены компенсация или уравнение определяемого напряжения или ЭДС напряжения, производимого на известном сопротивлении тока от вспомогательного источника. Сила тока, измеряемая при помощи компенсационного метода измерения, состоит в пропускании тока по известному сопротивлению и измерении падения напряжения на сопротивлении. Для этого сопротивление включается взамен источника напряжения, мощность находится в результате последовательного определения напряжения и силы тока. Чтобы найти сопротивление, его необходимо ввести во вспомогательную цепь последовательно с известным сопротивлением, затем производят сравнение падения напряжения на них.

По способу регулирования компенсирующего напряжения потенциометры подразделяются на автоматические и переносные неавтоматические приборы.

Компенсационный метод измерения широко применяется для нахождения электрических величин, таких как ЭДС, напряжения, токи, сопротивление, и для нахождения физических величин, к которым относятся, например, механические и световые величины, температура, заранее преобразуемые в электрические величины. С помощью компенсационного метода измерения находятся величины переменного тока, однако считается, что при этом точность измерений небольшая. Также метод используется для произведения автоматического контроля, регулирования, управления техники.

Профилометр

Название прибора произошло от слов «профиль» и «метр», он представляет собой прибор, предназначенный для измерения неровностей обрабатываемой поверхности объекта. Профилограф представляет собой профилометр с автоматической записью получаемых данных, используемый для автоматизированного контроля факторов коммутации электрических машин. Относится к переносным устройствам.

Профилометр оснащается датчиком с алмазной иглой, который посылает сигнал в результате движения по исследуемой поверхности.

В электронном блоке регистрации сигналов профилометра (профилографа) предусмотрены маркированные разъемы, к которым подсоединяются датчики. Управление исполняется при помощи программной разработки. Для начала отсчета пластин коллектора введена специальная метка, отсчет производится оптико-электронным датчиком синхронизации, геометрические параметры коллекторных пластин осуществляются вихретоковыми датчиками зазоров. Для измерения абсолютных вибраций узлов электрических машин используются пьезоэлектрические датчики, обработка данных происходит на совместимом компьютере.

Температурный режим работы прибора находится от +5 до +40 °C, относительная влажность воздуха не должна превышать 80%, атмосферное давление 600—803 мм рт. ст. Для определения зазоров устанавливается статическое состояние машины; определение вибраций и зазоров осуществляется на работающей машине, а также в результате ручного проворота ротора.

Прибор разработан для нахождения усредненного измерения общего биения коллектора, профиля коллектора, т. е. происходит относительное выступление двух соседних коллекторных пластин. Также он используется для анализа и определения вибрации узлов, частей электрических машин, для обработки информации о данных измерений, для создания таблиц и графиков полученных измерений, для балансировки роторов относительно собственных опор.

Психрометр

Психрометр – прибор, используемый для произведения измерения относительной влажности и температуры.

Электрический психрометр подключается прямо к микропроцессорным устройствам, которые отвечают за регистрацию и регулировку. Представляет собой два независимых друг от друга датчика, один служит в качестве сухого термометра, второй – в качестве влажного термометра, который укрывается и оборачивается влажной хлопчатобумажной тканью. Испарения происходят благодаря прохождению воздуха сквозь влажную ткань, поэтому получается охлаждение поверхности увлажненного датчика. Сухой термометр при этом определяет температуру окружающего воздуха. Разность температур двух термометров определяется как мера относительной влажности воздуха, которая и предоставляется как показатель, отображенный при помощи микропроцессорного устройства для регулировки и регистрации. Комнатная температура измеряется как дополнительная, и для осуществления этой функции прибор оснащается еще одним термозондом, непосредственно встроенным в него. Также психрометр может обеспечиваться графической функцией, с помощью которой производят ручное определение относительной влажности. Хлопчатобумажный фитиль психрометра опускается одним концом в ванну с водой. При этом уровень воды восполняется при помощи наливного патрубка с использованием водомерного приспособления для контроля. Фитиль всегда необходимо содержать в чистоте, так как в противном случае возможны погрешности измерения. Жесткая вода также способствует погрешности исследований в результате выпадения кристаллов, создающих уменьшение гигроскопичности фитиля. В случае наличия кальция и загрязнения фитиля требуется его замена.

Если скорость перемещения воздуха составляет 2—3 м/с, то создается избыточная вентиляция влажного термометра, при повышении скорости воздуха более 5 м/с необходимо организовать защиту от потока. Корпус психрометра изготавливается из нержавеющей стали. Работа производится при допустимом диапазоне температур от 0 до 100 °C. Монтаж прибора осуществляется горизонтально.

Психрометры аспирационного типа изготавливаются как с наличием электромотора, так и без электромотора, служат для измерения относительной влажности и температуры воздуха в наземных обстоятельствах, к которым относятся как измерения во внутренней части помещений, так и измерения, производимые вне помещений. В приборах такого типа с электромотором предусмотрен заводной механизм, для включения в работу которого используется его пружина, которая запускается при помощи электродвигателя. Психрометр без электромотора обеспечивается специальным ключом, который отвечает за запуск пружины заводного механизма.

В приборе питатель устанавливается с внутренней стороны основания. Диапазон измерений относительной влажности такого психрометра составляет 20—90%, диапазон определяемых температур 0—25 °C, цена деления шкалы в 0,2 °C. В работе используются термометрические жидкости – толуол и метилкарбитол.

При помощи психрометра можно произвести измерения в атмосферах, отличающихся большим загрязнением, а также в которых обнаруживаются пары растворителя. Психрометр употребляется в мясной промышленности, сыроварении.

Пьезометр

Пьезометр – прибор для измерения сил, давления, вибрации и иного, основанный на применении пьезоэлектрического эффекта.

Пьезоэффект состоит в появлении на гранях кристаллов электрического заряда в результате растяжения или сжатия кристаллов, при этом величина электрического заряда пропорциональна действующей силе.

Употребленное электрическое напряжение приводит к деформации пьезоэлектрического образца, сжатие или растяжение соответствуют знаку используемого напряжения, что показывает обратимость пьезоэффекта.

Процесс обратного пьезоэффекта применяется для возбуждения и приема акустических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты.

Радиовысотомер

Радиовысотомер малых высот разработан для измерения истинной высоты полета вертолетов и самолетов относительно поверхности суши или моря, над которыми производится их полет.

Разработан на основе измерения времени, которое затрачивается для прохождения радиосигнала от передающей антенны до поверхности отражения сигнала и в обратном направлении, к приемной антенне. Отношение высоты и времени задержки сигнала заложено соотношением высоты к произведению времени задержки и скорости распространения радиоволн, т. е. скорости света, которая делится на два. Радиовысотомеры оснащаются указателями, которые разработаны для создания визуальной индикации высоты полета, и для выхода сигнала при опасной высоте, который может быть как звуковым, так и световым. Также указатель может создавать непрерывную выдачу данных настоящей и установленной высоты. Блок контроля радиовысотомера осуществляет полуавтоматическую проверку исправности главных составляющих и элементов прибора, также возможен контроль калибровки в одной точке. Пульт контроля направлен на контролирование заданных целей прибора, тестер создает имитацию двух установленных высот, при этом два эквивалента высоты изготавливаются из высокочастотного коаксиального кабеля.

Радиовысотомеры подразделяются относительно типа применяемого радиоизлучения и по способу его обработки: на группу с частотной модуляцией и группу с импульсной модуляцией. Радиовысотомеры частотной модуляции обладают диапазоном действия примерно до 1500 м, радиовысотомер излучает постоянные радиосигналы, которые обладают свойством изменения по заданному закону. При этом для определения высоты пользуются индикатором, указывающим на разность частот излучаемых и отраженных.

Приборы с импульсной модуляцией измеряют большие высоты, для них характерно излучение коротких импульсных радиосигналов. Нахождение высоты осуществляется с учетом измерения времени запаздывания отраженных радиоимпульсов при рассмотрении радиоимпульсов, поступающих в приемник из передатчика радиовысотомера.

Первый радиовысотомер был создан в лаборатории Белла, представлен на суд публики 9 октября 1938 г. в г. Нью-Йорке.

Приборы с частотной модуляцией получили широкое применение для работы при заходе самолета на посадку, с импульсной модуляцией – используются в военной авиации, в космонавтике для подачи команды на произведение включения тормозного двигателя летательного аппарата на фиксированной высоте относительно поверхности планеты, для проведения аэрофотосъемки.

Радиодальномер

В радиодальномерах применяются электромагнитные колебания, в основе которых лежит следующее уравнение: S = vt /2, показывающее отношение измеряемого расстояния и скорости распространения электромагнитных колебаний вдоль измеряемой линии и обратно. Используются радиодальномеры при измерениях сравнительно больших расстояний и в навигации.

Радиозонд

Радиозонд – прибор, используемый для произведения метеорологических измерительных работ, направленных на комплексное зондирование атмосферы на высоте 30—35 км.

Радиозонд помещается в воздушный шар, который выпускается в свободный полет. В полете радиозонд автоматически отправляет радиосигналы о величине давления, температуре, влажности воздуха на землю. При подъеме на очень большую высоту воздушный шар лопается, а приборы, оснащенные парашютом, благополучно спускаются на землю. Радиозонд может использоваться несколько раз.

Измерение температуры современными метеорологическими радиозондами происходит в диапазоне от -80 °С до +50 °C, при этом допустимая погрешность составляет 1,8 °C. Относительная влажность измеряется в диапазоне 10—98%, предельная допустимая погрешность – 10% относительной влажности.

Радиометр

Радиометр представляет собой радиотехнический прибор, предназначенный для измерения радиоизлучения мощности.

Космические тела создают электромагнитное излучение, характеризуемое непрерывным частотным спектром в виде шума, определяемого как случайные по времени и амплитуде всплески электромагнитного поля. Антенна, настраиваемая на определенную частоту, выхватывает из непрерывного спектра сигнала небольшой интервальный отрезок частот, центр этого отрезка есть настраиваемая частота антенны. Затем сигнал отправляется на вход радиометра, где происходит смешивание частоты сигнала и частоты, которая направлена от генератора. При этом создается сочетательное колебание с промежуточной частотой, в основном представляющей собой разность смешиваемых частот. В связи с пропорциональностью амплитуды колебаний промежуточной частоты амплитуде смешиваемых колебаний происходит сохранение модуляции сигнала в колебаниях промежуточной частоты. Сигнал такой частоты увеличивается при помощи усилителя, полоса которого устанавливается как частоты, способные регистрироваться радиометром. Сигнал промежуточной частоты подвергается выпрямлению при помощи детектора, выделяющего постоянную составляющую, и его накопление производится интегрирующим приспособлением со свойственным временем интегрирования.

Затем сигнал отправляется на регистрирующее устройство, в качестве которого может служить самопишущий вольтметр, обеспечивающий регистрацию трансформации регистрируемого сигнала, например, за время движения радиоисточника сквозь диаграмму направленности антенны. Для радиометра характерно рассмотрение рабочей длины волны, чувствительности, определяемой степенью шумов, соответствующей шумовой температуре на входе приемника, полосы усиливаемых частот, времени, за которое производится накопление сигнала. Радиометр употребляется для регистрации величины приращения антенной температуры, являющейся намного ниже температуры шумов, полученных на входе приемника.

В современные радиометры включают малошумные усилители высокой частоты, такие как параметрические усилители, усилители на туннельных диодах, мазеры, способные повышать чувствительность прибора и регистрировать приращение температуры на входе до сотых и тысячных долей.

Прибор относительно поставленной задачи подразделяется на спектральный радиометр, модуляционный радиометр, корреляционный и др.

Спектральный радиометр предназначен для проведения работ по рассмотрению радиоизлучения космических объектов относительно спектральных линий (например, в линиях излучения нейтрального водорода).

Модуляционный радиометр представляет собой модулятор, который поочередно подключает ко входу приемника антенну и ее эквивалент. При помощи модуляционного прибора в соединение с методом синхронного детектирования можно получить слабый полезный модулированный сигнал, который принимается антенной относительно сильного немодулированного шума приемного устройства.

Корреляционный радиометр благодаря коррелятору производит выделение полезного сигнала относительно некоррелированных, а следовательно, не объединенных друг с другом, намного превышающих шумов приемника.

Радиометр-дозиметр создан для нахождения мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения, предназначен для выполнения всевозможных исследований дозиметрического и радиометрического контроля окружающей среды, различных установок, также при его помощи производится контроль рабочих мест. Прибор прост, универсален и надежен, относится к категории носимых, обеспечивается блоками детектирования.

Оптический радиометр применяется для определения потока световой энергии, разработан на принципе теплового действия света.

Акустический радиометр используется для определения звукового давления.

Радиометр используется в качестве составной части радиотелескопа, для этого его подключают на выход антенны радиотелескопа.

Радиометр-дозиметр разработан для произведения измерения дозы мощности амбиентной эквивалентной дозы постоянного и импульсивного рентгеновского и гамма-излучения, плотности потока альфа-излучения и бета-излучения, дозы и мощности эквивалентной дозы нейтронного излучения, плотности потока гамма-излучения, потока мощности экспозиционной дозы гамма– излучения в скважинах и жидких средах. Также радиометр-дозиметр используется для нахождения и локализации радиоактивных источников, для создания радиационной съемки местности относительно географических координат с датчиком GPS, применяется и как пересчетное приспособление.

Радиометрический вакуумметр

Прибор для измерения полного давления, предел измерений соответствует 10—2 н/м2. Относится к вакуумметрам, созданным на косвенных измерениях давления.

Радиометрический вакуумметр основан на радиометрическом эффекте. Состоит из двух по-разному нагретых пластинок, которые устанавливаются в разреженный газ, при этом появляются силы, которые уводят пластины на величину, пропорциональную давлению газа при расстоянии между ними менее длины свободного пробега молекул. Природа газа никоим образом не влияет на значения радиометрического вакуумметра.

Радиосекстант

Прибор для фиксирования радиоизлучения светил, используемый для измерения угловых расстояний. Радиосекстант получил широкое применение в навигации.

Радиоспектрометр

Радиоспектрометр, также называемый радиоспектрографом, представляет собой прибор для измерения спектра космического радиоизлучения, которое поступает в радиотелескоп.

Прибор состоит из высокочувствительного супергетеродинного радиоприемника, анализатора спектра, приспособления, производящего регистрирование. Разработан на основе трансформации высокочастотных электрических колебаний, образуемых рассматриваемым излучением, при помощи приемника, в котором колебания усиливаются и трансформируются в частоты, которые может считать анализатор. Главным образом применяются многоканальные анализаторы с узкополосными фильтрами, которые настраиваются на разнообразные частоты измеряемой зоны спектра. Выход каждого фильтра производит регистрацию сигнала, который пропорционален мощности электрических колебаний, движущихся сквозь фильтр.

Радиоспектрометр оснащается приспособлением, отвечающим за ограждение от действия постоянного спектра космических радиоисточников. Также это приспособление используется для заслона от шумов, производимых самим приемником. Параметрами прибора являются разрешающая способность по частоте, чувствительность. Разрешающая способность рассматривается относительно ширины полосы частот, которые проходят узкополосные фильтры, ширина самых узких частей рассматриваемого спектра разрешающую способность определяет в диапазоне 100—1 000 000 Гц. Чувствительность радиоспектрометра увеличивается в результате введения малошумящих квантовых усилителей.

Радиоспектрометр как газоанализатор миллиметрового диапазона разработан на основе оротрона. Базой для такого радиоспектрометра послужил когерентный широкодиапазонный генератор миллиметрового излучения – оротрон, предназначенный для спектроскопии высокого разрешения молекул, молекулярных комплексов, ионов, анализа сложных газовых смесей на молекулярной микропримеси. Когерентность излучения оротрона осуществляет достаточно высокое спектральное разрешение, а также возможность произведения селективного анализа микропримесей.

Предназначен для исследовательских работ изучения спектральных радиолиний, которые создаются в межзвездном пространстве.

Расходомер

Расходомер – прибор, используемый для измерения расхода, в настоящее время насчитывается более 20 способов измерения расхода.

Расходомеры, распределенные относительно принципа их действия: переменного перепада давления; постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные; переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические; резонансные; оптические; ионизационные; меточные и др.

К расходомерам переменного перепада давления относятся дифманометры, являющиеся приборами, в результате действия которых перепад давления в трубопроводе осуществляется сужающими устройствами, например диафрагмами, соплами, трубой Вентури.

Расходомеры постоянного перепада давления работают на изменениях площади проходного сечения, при этом перепад остается всегда устойчивым. Такие расходомеры оснащаются погруженным поплавком и поршнем. Главным изъяном ранее описанных методов является обязательное наличие сверхчувствительного электронного манометра.

Тахометрические расходомеры разработаны на основе зависимости скорости движения тел (т. е. чувствительных элементов, которые помещаются в поток) от расхода веществ, проходящих сквозь эти расходомеры.

Электромагнитные расходомеры предназначены для измерения скорости, а также расхода проводящего вещества. Этот тип расходомера разработан относительно зависимости ЭДС, индуцируемой в электропроводящей среде, которая передвигается в электромагнитном поле.

Преобразователем электромагнитного прибора выступает участок трубопровода, который изготавливается из немагнитного материала с обязательным включением двух электродов. Вне трубопровода на местах расположения электродов устанавливаются магнитная система или полюсы магнита. Такими приборами невозможно выполнить измерение расхода непроводящих сред.

Расходомеры переменного уровня используются для измерения расхода известкового молока, диффузионного сока, загрязненных жидкостей. Они действуют на принципе зависимости уровня жидкости в сосуде относительно расхода в результате свободного истечения жидкости сквозь калиброванное отверстие, которое находится или в дне, или в боковой стенке сосуда.

Вихревые расходомеры основаны на зависимости расхода частоты колебаний давления среды, создающихся в потоке в результате вихреобразования.

Акустические расходомеры основаны на зависимости акустического эффекта в потоке вещества относительно его скорости, применяются для измерения расходов агрессивных и загрязненных сред. Отличаются бесконтактностью измерений, безынерционностью, давление в трубопроводах не теряется, также в потоке не присутствуют движущиеся части.

Тепловые расходомеры работают на зависимости эффекта теплового влияния на поток вещества относительно массового расхода этого вещества. Тепловые расходомеры подразделяются на калориметрические, расходомеры теплового слоя, термоанемометрические расходомеры. Калориметрические расходомеры основаны на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, который производит в потоке разность температур. Приборы теплового слоя работают на разности температур, полученных с двух сторон пограничного слоя. Термоанемометрические расходомеры разработаны на основе зависимости количества теплоты, которую непрерывно теряет помещенное в поток нагретое тело, от массового расхода вещества.

Широкое использование получили расходомеры переменного и постоянного перепада давления. Среди тахометрических расходомеров главным образом применяются турбинные, шариковые, камерные. Достаточно широко используются вихревые и акустические приборы.

Резольвометр

Резольвометр представляет собой прибор для измерения разрешающей способности фотоматериалов. Название образовано от латинского слова resolvo, что переводится как «развязываю, вскрываю, распутываю», и слова «метр».

Проекционные резольвометры разработаны таким образом, что фотоматериал, проходя сквозь микроскопический объектив, в результате обратного хода лучей света проецирует уменьшенные изображения штриховой миры, для которой свойственно П-образное распределение яркости по всей решетке. Изображения получаются в различных строго отмеренных экспозициях, определенное количество таких изображений создает на фотоматериале резольвограмму. Для нахождения разрешающей способности материала и ее зависимости от экспозиции используется исследование поля резольвограммы под микроскопом. Полученная величина разрешающей способности находится в зависимости от апертуры объектива, поэтому максимальное значение получается при апертурах приблизительно 0—0,3, вследствие этого для проекционных резольвометров предусматриваются фиксированные апертуры. В проекционном резольвометре при повышении частоты штрихов миры получается снижение фотографического контраста изображений миры.

Интерференционные резольвометры используются для наблюдений за высокоразрешающими материалами. Для этого типа резольвометров контраст не зависит от частоты интерференционных полос, которые фиксируются в фотослое, при этом изменение яркости отмечено по решетке синусоидального вида. Пространственная частота полос трансформируется движением оптических деталей, образуя интерференционное изображение интерферометра.

Резистивный датчик

Датчики такого типа разработаны на принципе трансформации их активного сопротивления в результате изменения длины, площади сечения, удельного сопротивления. Резистивные датчики также называются омическими датчиками. В таких датчиках также применяется отношение величины активного сопротивления к контактному давлению и освещенности фотоэлементов. Резистивные датчики подразделяются на контактные, потенциометрические (реостатные), тензорезисторные, терморезисторные, фоторезисторные.

Реостаты

Реостаты – приборы, при помощи которых производят изменение сопротивления цепи, в результате достигая изменения силы тока. Изобретателем реостата считается русский ученый Б. С. Якоби (1801—1874).

Реостаты подразделяются на рычажные, со скользящим контактом, штепсельные, проволочные. Проволочные реостаты разработаны из специальных сплавов, таких как константан, манганин, никелин, нихром. Сплавы обладают большим удельным сопротивлением и небольшими температурными коэффициентами сопротивления. Реостаты такого типа являются не громоздкими и обладают способностью переносить большой нагрев без заметных последствий для сопротивления.

Рычажный реостат используется в технических установках, производит скачкообразное изменение сопротивления.

Реостат со скользящим контактом создан для плавного изменения сопротивления, применяется в научных исследованиях, в радиоприемниках, телевизорах и т. д. Представляет собой изолятор с намотанной на него голой проволокой, по которой происходит постепенное передвижение металлического ползунка, включающего поочередно витки.

Штепсельный реостат (или магазин сопротивлений) предназначен для нахождения величины включенного в цепь сопротивления. В основу действия прибора положен ряд катушек, которые монтируются в ящике, верхняя крышка ящика оснащается толстыми медными полосами, в свою очередь, разделенными промежутками, со вставленными в них штепселями. Также на крышку ящика наносят величины сопротивлений катушек штепсельного реостата. Сквозь штепсель проходит ток по пластине, не задевая катушку сопротивления. При удалении штепселя ток начинает проходить через катушку сопротивления, установленную в этом месте.

Реостатный датчик

Такие датчики являются резисторами с трансформирующимся активным сопротивлением. Перемещение контакта играет роль входной величины датчика, модификация сопротивления как выходная величина. Подвижной контакт находится в механической связи с объектом, угловое или линейное движение этого объекта подвергается реорганизации.

Потенциометрическая схема включения реостатного датчика состоит во включении реостата по схеме делителя напряжения, который применяется для деления постоянного или переменного напряжения на части, и приводит к применению лишь части наличествующего напряжения посредством элементов электрической цепи, включающей в себя резисторы, конденсаторы или катушки индуктивности.

В механических измерительных приборах используются реостатные датчики, которые преобразуют показания приборов в электрические величины, такие как ток или напряжение.

Суть реостатного датчика – датчик перемещения, следовательно, сопротивление на выходе реостатного датчика становится другим в результате движения его ползунка. Реостатные датчики изготавливались намоткой на каркас провода с высоким удельным сопротивлением, например из нихрома, константана. Недостатком такого датчика является присутствие на выходе датчика зоны нечувствительности при движении ползунка на расстояние диаметра провода.

В настоящее время предпочтение отдается реостатным датчикам, которые создаются намазными из проводящих паст на подложке. Нелинейность такого типа датчиков обусловлена изготовлением соответствующего профиля проводящей дорожки. Также используется объединение реостатного датчика с датчиком, который трансформирует определяемую величину в движение ползунка. Например, мембрана датчика давления двигает ползунок, и на выходе совмещенного датчика получается электрический сигнал, который соответствует определяемому давлению.

Реостатные датчики применяются главным образом в потенциометрической схеме. Например, переменный резистор получил название потенциометра. Потенциометрические датчики изготавливаются из разнообразного материала, такого как обмоточные провода, металлические пленки, полупроводники. Также реостатные датчики устанавливаются в механических измерительных приборах, например в поплавковых измерительных уровнях жидкостей, манометрах разнообразного типа.

Рефрактометры

Рефрактометр – прибор, используемый для естественного измерения показателя преломления и средней дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел, для нахождения массовой доли растворимых сухих веществ в конечных продуктах переработки овощей и фруктов.

Автоматический рефрактометр. С помощью таких приборов исследуется содержание сахара и сухого остатка в соках, пиве, фруктах, в растворах химических веществ. В приборах этого типа коэффициент преломления с помощью детектора – диодной линейки и высококачественной оптики – имеет точность ±0,00002 для nD и для сухого остатка Brix 0,02%. Автокалибровка составляет до 7 калибровочных жидкостей. Также приборы обеспечиваются графической программой обработки результатов измерения, жидкокристаллическим дисплеем, удобной клавиатурой, проточной кюветой, предназначенной для постоянного контроля на промышленных моделях.

Рефрактометр Аббе представляет собой визуальный оптический прибор, предназначенный для произведения измерения показателя преломления жидких и твердых сред.

Действие прибора основано на принципе определения угла полного внутреннего отражения в непрозрачной исследуемой среде и предельного угла преломления, рассматриваемого на плоской границе раздела в прозрачных средах, как исследуемой, так и известной. При этом свет распространяется из среды с наименьшим показателем преломления в среду большего показателя преломления.

Основополагающим для рефрактометра такого типа является закон преломления света.

В приборе предусмотрено наличие двух стеклянных прямоугольных призм: измерительной призмы с высоким показателем преломления, оснащенной полированной гипотенузной гранью, и вспомогательной откидной призмы, оснащенной матированной гипотенузной гранью.

В прибор также включены зрительная труба, отсчетная шкала, специальный компенсатор.

В зрительную трубу можно наблюдать резкую линию раздела темного и светлого полей, при этом линия соответствует предельному углу.

Для произведения исследования жидкости устанавливаются в зазор, образованный между гипотенузными гранями призм. Боковая грань фиксируется перпендикулярно полированной. Полированная грань служит для удерживания образцов у гипотенузной грани измерительной призмы.

В случае откинутой вспомогательной призмы в образовавшийся между ними зазор отправляется капля иммерсионной жидкости, например моноброманафталин.

В случае рассмотрения прозрачных жидких сред свет на границе раздела этих сред устремлен сквозь малый катет вспомогательной призмы, измерение в проходящем свете. При рассмотрении непрозрачных сред получается освещение матовой грани измерительной призмы, следовательно, большого катета измерительной призмы, измерение в отраженном свете.

В случае совпадения линии раздела темного и светлого полей и перекрестия нитей в поле зрения переходят к прямому отсчитыванию показателя преломления.

Благодаря компенсатору, представляющему собой объединение двух дисперсионных призм прямого зрения, можно вращением призм в разнонаправленные стороны компенсировать дисперсию измерительной призмы и образца, перейдя к определению значения показателя преломления, при этом используя источник белого света.

Рефрактометр Аббе с цифровой индикацией используется для работы в лабораторных условиях. Для такого типа рефрактометров свойственно наличие диапазона измерения коэффициента преломления 1,300—1,700 с точностью до ±0,0001, концентрация определяется в 0—85 Brix с точностью 0,02 Brix.

Ручные портативные рефрактометры с автоматической температурной компенсацией, диапазон которой определяется от -18 до + 40 °C, отличаются простотой в обращении, имеют специальную удобную форму. Рефрактометры для измерения сахарозы используются для исследования пива, напитков, для проверки зрелости винограда, исследования сахара в соках, для изучения сахарной составляющей меда и патоки.

Рефрактометр-тестер применяется для контроля антифриза и кислот аккумулятора.

Прецизионные рефрактометры применяются для измерения солености и содержания сахарозы.

Автоматический рефрактометр предназначен для использования в промышленных целях, а также для проведения научно-исследовательских проектов. Портативные рефрактометры используются в промышленных целях, также ими оснащаются военно-полевые госпитали для исследования костно-мозговых жидкостей, лекарств, разнообразных биологических проб.

Ртутный термометр

Ртутный термометр – прибор, представляющий собой жидкостный термометр, предназначенный для измерения температуры в диапазоне 35—750 °C.

Для высокотемпературных ртутных термометров характерно заполнение пространства над ртутью азотом под давлением, что, в свою очередь, увеличивает температуру кипения ртути.

Медицинский ртутный термометр изготавливается в виде тонкой капиллярной трубки, из внутренней части которой выкачивается воздух, также в обязательном порядке трубка запаивается с двух сторон. Термометр оснащается резервуаром, наполненным ртутью, резервуар помещается в нижний конец трубки. Также в конструкции предусмотрена шкала в виде планки, присоединенной к трубке. На шкале наносятся деления в диапазоне 34—42 °С, при этом 1 °С состоит из 10 маленьких делений в 0,1 °С.

Медицинский максимальный ртутный термометр имеет отличительную особенность: узкое искривление просвета в том месте, где происходит смена капиллярной трубки на резервуар для ртути, что способствует отсутствию перемещения ртути в этом колене. Нагреваясь, ртуть медленно доходит до максимального уровня, однако закончив нагревание, ртутный столбик остается на месте, указывая максимальную величину, полученную при нагревании. Это значение будет находиться на шкале до тех пор, пока термометр не будет подвергнут встряхиванию для опускания ртути до резервуара.

Положительным свойством термометра такого типа является приближение его показателей к газовому термометру, считающемуся эталонным. Вследствие этого ртутный термометр относится к наиболее точным измерителям температуры тела.

Прибор можно продезинфицировать, для этого его необходимо опустить в дезинфицирующий раствор.

К отрицательным качествам ртутного термометра относят длительное измерение температуры (для качественного измерения требуется около 10 мин и больше), а также ненадежное стеклянное покрытие и содержание в термометре ртути, являющейся опасной для здоровья. Вследствие последнего факта ртутные термометры в некоторых странах попали под запрет.

Ртутный медицинский термометр используется для определения температуры тела.

Самописец

Самописец – прибор с функциями осциллографа и регистратора данных, предназначен для произведения измерения и записи в память значений и форм высокочастотных, обычных сигналов от внешних датчиков, которые обладают фиксированным диапазоном выходного сигнала, тока или напряжения. Регистрирование и измерение осуществляются для температуры, влажности, вибрации, давления, уровня, скорости вращения и других физических величин, которые изменяются во времени.

Автоматическая регистрация создается в форме диаграмм на бумаге, фотопленке и др.

Простейший самописец представляет собой измерительный прибор, оснащенный пишущим инструментом в подвижной части (например, карандашом или пером), при этом пишущий инструмент оставляет след на движущейся бумажной ленте.

Многоканальный низкочастотный самописец. В конструкцию включены однотипные модули аналого-цифрового преобразования, которые производят оцифровку входного сигнала с передачей его модулю управления и связи, чтобы произвести последующую обработку.

Дифференциальный вход каждого канала обрабатывает медленно изменяющийся входной сигнал в диапазоне от -2,5 до +2,5 В. Чтобы произвести обработку слабых сигналов, вход модуля оснащается усилителем с программноуправляемым коэффициентом усиления: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 128. Также можно установить необходимую скорость обработки данных по каждому каналу в отдельности, что дает возможность реализации слабых сигналов в условиях сильных помех, при этом частота обработки сигнала кратна частоте мешающей помехи. Предусмотрена встроенная цифровая фильтрация на частоте дискретизации, которая способна подавлять синфазные помехи, которые получаются при большой длине подводящих проводов, и гармонику входного сигнала на частоте дискретизации кратных частот. Оснащается встроенной системой автокалибровки, приводимой в действие как до измерительного действия, так и между циклами измерений.

Калибровки представляют собой калибровку сдвига нуля, калибровку шкалы преобразования и автокалибровку шкалы и сдвига нуля.

Диапазон входных сигналов увеличивается при помощи внедрения внешних адаптеров, которые также способствуют построению преобразователей измеряемых значений в сигнал, который адаптируется по диапазону ко входным сигналам аналого-цифрового преобразователя.

К внешним адаптерам относятся делители напряжения, способные производить измерения напряжений, превышающих входной сигнал; шунты, преобразующие ток и напряжение; специальные преобразователи тока и напряжения для измерения слабых сигналов; специальные преобразователи сопротивления и напряжения; термопреобразователи на основе термопар и термосопротивлений, которые подсоединяются ко входным цепям без вспомогательных адаптеров при помощи программной установки режима канала.

Основными действиями модуля управления и связи является получение команд от внешнего контроллера по шине интерфейса. Предусмотрен адаптер, создающий соответствие между логическими уровнями интерфейса шины и логическими уровнями модуля управления и связи.

Самописцы подразделяются на одноканальные и многоканальные регистраторы данных. К самописцам относят круговые самописцы, цифровые индикаторы, ленточные самописцы, способные производить работу даже в тяжелых условиях.

Бумажные самописцы с узкой кассетой обеспечиваются 1—4 перьями для производства непрерывной записи, также 6 многоступенчатыми перьями, могут оснащаться цифровым дисплеем. К этому типу относятся и высокопроизводительные графические самописцы с наличием цифрового дисплея.

Безбумажные самописцы созданы на основе сохранения данных во внутренней памяти на дискетах или на съемных картах памяти. Данные сохраняются в формате MS-DOS, архивируются, анализируются на любом совместимом компьютере.

В конструкции предусмотрен жидкокристаллический дисплей, который дает возможность применения всех свойств бумажных самописцев. Данные предоставляются в форме диаграммы: ступенчатые диаграммы или цифровая форма. Самописцы такого типа имеют функции компрессии данных, данные изображаются в виде гистограмм. Программируется самописец при помощи дисплея.

Циркулярные бумажные самописцы позволяют произвести простой просмотр и хранение данных, могут иметь возможность подсоединения к локальному принтеру, некоторые образцы обеспечиваются маркерами.

Графические самописцы относятся к приборам, производящим сбор регистрируемой информации, которая выводится на дисплей, также информация может передаваться, обрабатываться.

Самописцы широко используются для мониторинга и контроля до 18 сигналов единовременно, которые поступают от разных внешних источников. Многоканальный низкочастотный самописец используется для измерения медленно изменяющихся сигналов напряжения по 8 независимым, гальванически развязанным относительно друг друга каналам для передачи результатов внешнему контроллеру по шине. Для изменения параметров обработки сигнала (например, частоты обновления данных) существует коэффициент усиления входного сигнала, при этом отдельно по каждому из измерительных каналов по командам от внешнего контроллера. Бумажные, графические переносные исследовательские самописцы используются для периодических исследований и ратификаций автоклавов, моечных машин и дезинфекторов.

Сахариметр

Сахариметр – прибор, созданный для измерения концентрации сахарозы в растворах по углу вращения плоскости поляризации.

Сахариметрами оснащаются производственные лаборатории пищевой, перерабатывающей, фармацевтической, химической промышленностей для контроля технологических процессов и качества пищевых продуктов.

Сверхпроводящие термометры

Приборы, характеризуемые как сверхпроводящие квантовые интерференционные технические приспособления, разработанные на принципе сверхпроводящего туннелирования.

Используются для произведения измерений очень слабых электрических напряжений, примерно в 1014 В, для фиксирования малых преобразований магнитного поля, около 1011 Э. Получили широкое применение в квантовой электронике.

Светодальномер

Светодальномер – прибор, в основе которого лежит применение электромагнитных колебаний светового диапазона. Используется для инженерно-геодезических исследований. Светодальномеры также называются электрооптическими дальномерами.

Светодальномеры измеряют расстояния между двумя точками: в первой устанавливается светодальномер, а во второй точке – отражатель. Для произведения измерений световой поток посылается из передатчика в сторону отражателя. Задача отражателя состоит в отражении сигнала в обратную сторону.

Светодальномер с пассивным отражением осуществляет измерение расстояний до предметов, не используя отражатель, а опираясь на отражательные способности самих предметов. Погрешность таких дальномеров не превышает 10 мм.

Для определения времени, за которое осуществляется распространение световых волн, применяют прямой и косвенный способы. Прямой способ состоит в нахождении промежутка времени при помощи импульсных дальномеров, в которых измерение времени находится в результате запаздывания принимаемого после отражения светового импульса относительно момента его излучения. Косвенный способ состоит в измерении разности фаз двух элементов магнитных колебаний.

В качестве источников света применяли лампы накаливания в диапазоне 3—30 Вт, газосветные лампы 50—100 Вт, для современных светодальномеров используются газовые и полупроводниковые оптические квантовые генераторы. Для светодальномеров в основном употребляется амплитудная модуляция с диапазоном частот 10—80 МГц, при этом разность фаз примерно в единицу равносильна модификации расстояния, которое не превышает см.

Модулятор и демодулятор разработаны на принципе Керра эффекта или Поккельса эффекта. Генератор масштабной частоты создает переменное напряжение, которое изменяет световой поток, в генераторе соответствующая длина волны задает масштаб преобразования разности фаз в расстояния. В результате модуляции через линзовую или зеркально-линзовую оптические системы свет компонуется в узконаправленный пучок, который отправляется на отражатель.

При отражении свет фокусируется на демодулятор оптической системой, идентичной передающей системе. Отношение фаз в полученном световом сигнале и в управляющем демодулятором напряжении определяет зависимость регистрируемой индикатором разности фаз интенсивности на выходе демодулятора.

Подразделяются на импульсные и фазовые дальномеры.

Импульсные светодальномеры созданы для прямого нахождения интервала времени, нужного для прохождения двойного расстояния световым импульсом.

Фазовые светодальномеры разработаны на основе применения непрерывного светового потока, при котором образуются искусственные высокочастотные модуляции интенсивности. Если частота модуляции преобразуется плавно, то происходит модулирование разности фаз изменения отправляемого и отраженного потоков света.

Светодальномеры фиксируют наибольшие и наименьшие интенсивности света, количество которых определяет время и расстояние.

Светодальномеры делятся на типы относительно своих размеров и точности измерения:

  1) большие, измеряющие расстояния 0—25 км, точность измерения составляет 1 : 400 000;

  2) средние – 5—15 км, точность – 1 : 300 000;

  3) малые (или топографические), способные производить измерения на расстоянии 5—6 км, при этом точность находится в диапазоне от 10 000 до 100 000.

Секстант

Представляет собой прибор, используемый для произведения измерения высот и курсовых углов астрономических ориентиров навигации, горизонтальных и вертикальных углов, расположенных между ориентирами, находящимися на земле.

Секундомер

Секундомер – прибор, используемый для измерения промежутков времени. Секундомер способен измерять промежутки времени, исчисляемые от нуля и момента остановки прибора.

Секундомеры середины XX в. отличались небольшими размерами, в конструкции были предусмотрены две кнопки управления. Пуск, остановка, возврат стрелки к нулю осуществлялись при помощи задействования заводной головки и кнопок управления. Предусматривалось наличие двух секундных стрелок, которые измеряли общую и поэтапную длительность исследуемого процесса, и одной минутной стрелки. В секундомере задавались шкала на 30 с и шкала на 30 мин.

Современный секундомер представляет собой независимое, полностью настраиваемое плавающее окно. Текущее значение прибора можно изменить, каждый секундомер настраивается отдельно. Для современных секундомеров можно производить вариации размера. Также можно настроить окна таким образом, чтобы они находились над другими окнами, настраивается любая комбинация отображения параметров времени: ч, мин, с.

Используется для проведения спортивных соревнований и для четкого фиксирования времени.

Синусная линейка

Синусная линейка – прибор, используемый для произведения точного измерения углов наклона к горизонтальной плоскости, для создания точной установки деталей под фиксированным углом с помощью тригонометрического метода.

Синусная линейка изготавливается без опорной плиты с одним наклоном, с опорной плитой с одним наклоном, с опорной плитой с двумя наклонами.

Склерометр

Склерометр – измерительный прибор, при помощи которого определяют твердость металлов или кристаллов. Изобретателем этого прибора считается немецкий ученый А. Мартенс. Способ действия склерометра основан на движении алмазного острия под влиянием нагрузки. Это острие делает царапины на исследуемом образце. Существуют также склерометры другой конструкции, способа действия, которые делают вдавливающие движения и определяют сопротивление материала. По размерам оставленной вдавленности или ширине царапины на исследуемом образце определяют нагрузку, при которой эти воздействия были сделаны, и эта нагрузка и считается твердостью данного материала.

Склероскоп

Склероскоп – прибор, предназначенный для измерения твердости материала относительно высоты отскакивания бойка, оснащенного алмазным наконечником, при этом боек падает на поверхность исследуемого объекта с заданной высоты. Название создано от слов «склеро» и греческого слова skopeo, что переводится как «смотрю», «наблюдаю». Твердость с помощью склероскопа измеряется в условных единицах, которые пропорциональны высоте отскакивания бойка.

Склероскоп Шора представляет собой прибор, используемый для изучения больших тяжелых стальных изделий, твердость поверхности которых очень велика и при этом не применяются переносные приборы измерения твердости по Роквеллу.

Солнечные часы

Солнечные часы – прибор для измерения времени по Солнцу, относится к простейшему хронометрическому прибору, который разработан на суточном движении Солнца, в редких случаях – годовом. Представляет собой древнейший научный измерительный инструмент, который не претерпел существенных изменений, пройдя сквозь века до наших дней. Солнечные часы – это прибор, в который было вложено все доступное познание человека древности относительно движения небесных тел.

Самые древние солнечные часы, о которых известно, были созданы примерно в 1500 г. до н. э. Они представляли собой каменные часы в виде бруска, длина которого составляла приблизительно 30 см, оснащенного Т-образным навершием, установленным на одном конце бруска. На брусок были нанесены засечки, представлявшие собой неодинаковые промежутки. Время определялось по этим насечкам. Устанавливались по отвесу горизонтально, каждое утро Т-образный конец устанавливался на восток, после обеда поворачивался на запад, полученная от верхней кромки тень и принималась за время. Многие древние солнечные часы относились к «неравным часам», которые разрабатывались на основе деления времени от восхода до заката Солнца на заданное количество составляющих. Протяженность светового дня за период полного года подвергается изменениям, вследствие этого зимой световой день короче, а летом длиннее. Солнечные часы создавались с часовыми линиями относительно определенных дней года, которые разделялись приблизительно одним месяцем, относительно дней равноденствий и солнцестояний.

Письменное описание солнечных часов относится к 73 г. до н. э., в Библии, двадцатой главе Книги Царств рассказывается о солнечных часах Ахаза, которые представляли собой обелисковые часы.

Начало христианской эры стало моментом открытия принципа наклонного гномона, это привело к созданию «равных часов», что позволяло определять более точное время. При установлении стержня гномона на полюс мира стержень представлял собой ось, параллельную экватору окружности, являющейся окружностью обращения Солнца. Эта окружность делилась на 4 равные части, что позволяло создать часы равной продолжительности. Солнечные часы точного и равномерного порядка стали представлять собой исключительно геометрическую и тригонометрическую деятельность. Развитие математики и астрономии способствовало усовершенствованию и солнечных часов. Очень долгое время созданием таких часов занимались мастера, которые владели гномоникой. В XIV—XVIII вв. достаточно широко изготавливались карманные солнечные часы высокой точности, которые считаются жемчужиной мирового часового искусства. Практически до XVIII в. применялись солнечные часы для хранения времени. Затем вместе с разработками механических часов развивались и солнечные часы, которые создавались для установления среднего времени. С введением поясного времени солнечные часы также были ориентированы на поясное время. В XIX– XX вв. разработаны точные солнечные часы для измерения поясного времени, среднего солнечного времени на фиксированном меридиане, такие часы были названы гелиохронометрами.

Для установки солнечных часов находится специальное место, для которого определяются его широта, положение относительно горизонта и меридиана, где будут расположены часовые линии.

Главными частями солнечных часов являются циферблат, представляющий собой поверхность с нанесенными часовыми линиями, и гномон, предназначенный для отбрасывания тени. Край гномона, указывающий на время, в обязательном порядке устанавливаемый на полюс мира, получил название «указатель».

Высота указателя соответствует углу наклона указателя к циферблату. Центр циферблата представляет собой точку радиального расхождения часовых линий и является точкой пересечения указателя с плоскостью циферблата.

На указателе находится специальная точка, называемая узлом, тень от узла предназначена для отсчета высоты, склонения, азимута, времени.

По солнцу определяют время тремя способами:

  1) измерение времени основано на часовом угле от меридиана, применяется в обычных садовых солнечных часах;

  2) состоит на измерении высоты над горизонтом;

  3) измерение высоты по азимуту, т. е. по углу, расположенному между направлением на точку юга и вертикальным кругом, движущимся через Солнце, измеряется в плоскости горизонта, также для измерения по азимуту необходим вертикальный указатель у гномона.

Во многих стационарных солнечных часах определение времени основано на способе измерения часового угла. Остальные способы используются для портативных солнечных часов.

Время подвергается трем методам индикации: тенью, световой точкой, магнитной стрелкой. Для основной части солнечных часов свойственна индикация тенью, в редких случаях в стационарных часах используется индикация света, три метода употребляются только в портативных солнечных часах. Магнитная стрелка применяется в солнечных часах двух видов. К первому относятся часы с часовыми отметками, расположенными на корпусе компаса квадратной формы, при этом корпус поворачивается с исчезновением тени на его боковых гранях, затем по ориентациям стрелки определяют время. Второй тип солнечных часов с магнитной стрелкой представляет собой часы с часовыми отметками, расположенными на эллиптическом поясе, перемещающемся относительно дня года. Такой подход характерен для большого количества азимутальных часов, при этом корпус разворачивается до момента исчезновения тени на боковых гранях. Далее, ориентируясь по указаниям стрелки, определяют время. Отмечено достаточно точное измерение времени при помощи солнечных часов такого типа. Их недостаток состоит в отклонении магнитной стрелки от истинного направления на север.

Солнечные часы горизонтального типа стали самыми распространенными, они часто устанавливаются в городских садах и парках.

Вертикальный циферблат используется на часах, установленных на стенах, которые ориентированы по сторонам света. В случае неориентирования стен по сторонам света применяется повернутый циферблат.

Склоненные и отклоненные типы предназначены для многосторонних часов, включающих в себя 3 и даже больше циферблатов, таким часам свойственна форма куба. Циферблаты при этом наклоняются к наблюдателю или отклоняются от наблюдателя. Солнечные часы такого типа располагают на гребнях стен, которые ориентированы по сторонам света, или на крышах. Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты предназначены для установления на строениях, которые не ориентированы по сторонам света.

Экваториальные и полярные солнечные часы оснащаются плоскостями циферблатов, которые параллельны плоскости экватора и полярной оси соответственно.

Аналемматические экваториальные часы оснащались стрелкой, направленной перпендикулярно плоскости часовой шкалы, расположенной не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, даже прямо на земле. Для измерения при помощи аналемматических часов времени необходимо вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и вместе с этим перемещать стрелку в меридиональной плоскости относительно времени года. Солнечные часы такого типа были описаны в астрономических трудах XVI в., однако применение для определения времени было детально разработано в середине XVIII в. астрономом Джозефом Джаромом Лаландом, являвшимся директором Парижской обсерватории.

Армиллярные солнечные часы обеспечиваются экваториальным циферблатом, оснащаются несколькими кольцами, отождествляющими большие круги земной и небесной сферы, количество которых может исчисляться десятками. В этих часах часовые деления расположены во внутренней части экваториального круга. В часах установлен стержень, показывающий полярную ось.

Рефракционные солнечные часы оснащались чашей с часовой шкалой и теневой стрелкой. В основе действия лежит принцип преломления светового луча, проходящего наклонно на плоскость раздела двух разнообразных сред.

Чаша наполняется водой на заранее установленную высоту, преломление происходит на разделе воздуха и воды. Полученный при этом преломленный луч направлен на установленную в воду временную шкалу, определяя время. Изготавливались рефракционные часы в виде кубков или сосудов.

Зеркальные солнечные часы созданы на основе отражения солнечного луча при помощи зеркала на циферблат, который устанавливался на стену дома. Впервые такие часы упоминаются Бенедиктусом в научных трудах, которые были изданы в 1754 г. в Турине. На замке в Ольштыне сохранился циферблат для зеркальных солнечных часов, создание которых приписывается Николаю Копернику. Довольно широкое распространение солнечные часы такого типа получили в начале XVII в.

Существуют солнечные часы, созданные на основе человеческой руки, где теневым указателем служил большой палец. Простейшим измерением времени, называемым сельскими часами, было движение левой руки ладонью вверх, при этом большой палец направлялся вверх, играя роль теневой стрелки. Время определялось по продолжительности тени большого пальца относительно длины тени остальных пальцев. В сельских районах таким способом измерения времени пользовались до XX в. Также для этого метода использовали как теневой указатель короткую веточку, не более мизинца, которую устанавливали перпендикулярно между мизинцем и безымянным пальцем.

Солнечный магнитограф

Солнечный магнитограф – прибор, предназначенный для измерения магнитного поля на Солнце.

Первый солнечный магнитограф разработан и применен Х. Бабкоком в 1952 г., при помощи этого прибора осуществлялась регистрация продольной составляющей магнитного поля.

Главными составляющими прибора являются электрооптический светомодулятор, спектрограф, светоприемники или фотоумножители, записывающее приспособление.

В солнечном магнитографе используется принцип эффекта Зеемана, сущностью которого является расщепление спектральной линии на две s-компоненты, которые поляризованы по кругу в противоположных направлениях. При этом изображение Солнца фокусируется на щель спектрографа, за щелью предусмотрено установление электрооптического кристалла, который объединен с поляризатором. Благодаря воздействию переменного электрического напряжения прибор способен пропускать s-компоненты, поочередно перемещающие линию на величину D1.

В фокальной плоскости спектрографа свет от крыла линии продвигается сквозь щель, затем попадает на фотоумножитель, который, в свою очередь, соединяется с усилителем, выдающим регистрируемый переменный сигнал.

Получается рисунок, на котором заштрихованная площадь пропорциональна перемене интенсивности света, способного продвигаться сквозь щель, в результате очередного прохождения поляризованных компонент линии s1 и s. В случае небольших расщеплений сигнал прибора пропорционален напряженности продольного поля.

Солнечные магнитографы оснащаются приспособлениями, способными составлять карты магнитного поля Солнца, яркости, также скорости перемещения вещества на заданных участках и на всей поверхности Солнца.

Современные приборы обладают чувствительностью в 0,3—1 гс для продольного магнитного поля и в 50—100 гс – для поперечного магнитного поля.

Для измерения поперечного поля используется прибор, созданный астрономами А. Б. Северным и В. Е. Степановым в 1959 г. Он характеризуется наличием фазовой пластинки, которая устанавливается впереди щели спектрографа, фазовая пластинка изменяет линейную поляризацию света в круговую.

Солнечный вектор-магнитограф используется для одновременного измерения всех трех компонент поля.

Спектральная лампа

Спектральная лампа представляет собой газоразрядное устройство, предназначенное для создания атомного спектра любого химического элемента.

Спектральная лампа создана на основе дугового и тлеющего разряда, которые образуются в результате давления паров рассматриваемого элемента в диапазоне 1,3 мПа – 130 Па и буферного инертного газа 130—670 Па. В основном при помощи спектральных ламп создается линейчатый спектр, однако дейтериевые и водородные лампы характеризуются способностью к излучению линейчатого и сплошного спектра, определяемого в ультрафиолетовом диапазоне.

Виды. Для получения ультрафиолетовых спектров поглощения применяются дейтериевые, водородные, ртутные, ксеноновые спектральные лампы.

Спектральные лампы с полым катодом используются в качестве источников линейчатых спектров, ориентированы на нахождение свыше полусотни химических элементов, они включаются в конструкцию различных вариантов атомно-абсорбционных спектрометров. Отличаются прекрасной работоспособностью в режиме постоянного тока, в импульсном и двухимпульсном режимах. Обладают высокой интенсивностью и селективностью излучения.

Такие лампы используются в спектральных приборах, называемых квантометрами, в фотоэлектрических приборах, интерферометрах, магнитометрах, стандартах частоты.

Спектрометр

Спектрометр – прибор, используемый для физико-химического измерения вещества.

Оптоволоконный автоматизированный спектрометр представляет собой прибор небольшого размера, отличается высокой эффективностью и надежностью, так как оснащается оптическими измерительными модулями с высокочувствительными матричными детекторами, уникальной электронной платформой, микропроцессорами, блоками памяти, аналого-цифровым преобразователем, цифровыми каналами связи, интерфейсами.

Спектрометр снабжает действие миниатюрных оптико-измерительных модулей в многоканальном режиме. Предусматривается наличие программного обеспечения, которое создает автоматизированные режимы работы спектрометров, также используется для произведения обработки исследуемых измерений.

Портативный автоматизированный спектрометр является многофункциональным измерительным комплексом. Спектрометр такого типа обеспечивается аналитическими датчиками, источниками света, прикладным программным обеспечением.

Портативный автоматизированный спектрометр применяется в качестве спектрофотометра, спектрофлуориметра, фотоколориметра, радиометра, фотометра, денситометра, рефлектометра, нефелометра, люменометра, оксиметра. С его помощью производятся высокоэффективные аналитические и лабораторные спектрометрические исследования естественных наук и в научно-прикладных направлениях, таких как неинвазивные биомедицинские спектрометрические исследования, в спектрометрическом экологическом мониторинге и контроле качества сырья, готовой продукции в промышленном производстве.

Атомно-абсорбционные спектрометры отличаются хорошими техническими характеристиками, надежностью и удобством в эксплуатации.

Атомно-абсорбционный спектрометр с наличием поперечно-нагреваемого электротермического атомизатора, корректором неселективного поглощения работает на принципе эффекта Зеемана. Такой корректор используется для достижения точности результатов исследования в результате рассмотрения объектов сложного матричного состава, например крови, морской воды. Однако при рассмотрении образцов простого матричного состава, например пресной воды, применение корректора на основе эффекта Зеемана снижает чувствительность и уменьшает диапазон измерений, снижая линейный участок градировочной зависимости.

Разработаны спектрометры, которые совмещают в себе две схемы коррекции на основе эффекта Зеемана неселективного поглощения: классическую двухполевую схему и дополнительную трехполевую схему.

Трехполевая схема создает большое расширение динамического диапазона измерений. Некоторые спектрометры оснащаются дополнительным дейтериевым корректором неселективного поглощения, что позволяет максимально приблизиться к точному определению исследований.

Пламенные атомно-абсорбционные спектрометры с применением несимметричной оптической схемы Черни—Тернера с наличием тороидально-сферических зеркал относятся к спектрометрам нового поколения.

Спектрометры используются для определения строения вещества, исследования устройства химических реакций, решения задач, связанных с анализом разнообразных исследований.

Спектрополяриметр

Спектрополяриметр – измерительный прибор для определения зависимости оптической активности вещества относительно длины световой волны, т. е. дисперсии оптической активности.

Спектрофотометр

Полнофункциональный атомно-абсорбционный спектрофотометр предназначен для определения состава вещества, контроля безопасности, для количественного измерения металлов в разнообразных объектах, обладает возможностью определения до 1 мкг в 1 кг образца.

Оснащается источником излучения в виде спектральной лампы с полым катодом и дейтериевой лампой. В приборе разработано универсальное устройство позиционирования спектральных ламп, которое служит для быстрой и удобной настройки и установки по оптической оси спектрофотометра спектральной лампы. Работа производится в режимах атомной абсорбции, атомной абсорбции с коррекцией фонового поглощения и в режиме эмиссии. В приборе предусмотрены три типа пламени: пропан – воздух, ацетилен – воздух, ацетилен – закись азота. Блокировку газораспределительного блока производит автоматический режим обеспечения безопасности. Блокировка осуществляется в случае угасания пламени; при падении давления газов на входе прибора; при падении окислителя на входе в атомизатор; при падении воздуха в режиме ацетилен – закись азота; в результате непредвиденного отключения поступления закиси азота; в результате включения горючего газа, в случае отсутствия поджига пламени; при аварийном выключении электроэнергии.

Атомизатор изготавливается из высококоррозионно-стойких материалов, например фторопласта или титана, поэтому он относится к устройствам с большим сроком работы, с неизменными характеристиками во время всего срока проведения работ.

В атомизаторе предусмотрено дополнительное приспособление безопасности, направленное на устранение разрушения элементов прибора в случае аварии.

В конструкции предусмотрен высокоэффективный распылитель для произведения контроля над расходом пробы. Для проб сложного состава используется дейтериевый корректор фонового поглощения, оснащенный специальной программой управления. Управляется спектрофотометр при помощи персонального компьютера.

Двулучевой автоматизированный спектрофотометр используется для измерения коэффициента пропускания жидких, твердых, газообразных веществ. Для этого оператором задается спектральный диапазон, в котором производится автоматическое выполнение измерений прибором, также он проводит кинетические измерения.

Спектрофотометры используются в металлургии, добывающей промышленности, в медицине, при производстве лекарственных средств, для экологических исследований. Большое применение таких приборов наблюдается в пищевой промышленности, для контроля качества воды и пищевых продуктов. С их помощью производится контроль товаров бытового использования. Также они применяются в научно-исследовательских и производственных работах, направленных на контроль и определение количества металлов во всевозможных объектах.

Спидометр

Название прибора произошло от английского слова speed, что означает «скорость». Представляет собой прибор для определения скорости, с которой движется транспортное средство.

Привод спидометра можно произвести при помощи электрического синхронного привода или гибкого вала. В конструкции предусмотрен счетный узел, представляющий комплекс цилиндрических барабанчиков, которые свободно устанавливаются на единой оси. Цилиндрическая поверхность барабанчиков содержит ряд чисел в диапазоне от 0 до 9. Вращается счетный узел от входного вала сквозь червячную передачу, промежуточный вал, червячные передачи промежуточного вала.

Вибрационный спидометр предназначен для быстровращающихся транспортных средств, при этом механический резонанс рамы, а также подшипников способен спровоцировать колебания градуированных язычков.

Индукционный спидометр представлен системой постоянных магнитов, которые вовлечены во вращательное движение вместе с приводным шпинделем. Он производит генерирование вихревых токов в установленном в магнитном поле диске, изготовленном из меди либо алюминия. Происходит привлечение во вращательное движение диска, однако движение диска ограничивается специальной пружиной. Скорость указывает стрелка, которая соединяется с диском.

Центробежный спидометр представляет собой плечо регулятора, которое сдерживается пружиной, при этом производит вращательное движение одновременно со шпинделем, и в результате центробежной силы отбрасывается в стороны таким образом, что полученное расстояние смещения определяется как пропорциональное скорости.

Хронометрический спидометр является объединением одометра и часового механизма.

Электромагнитный спидометр позволяет измерить скорость относительно электродвижущей силы, которая создается электрогенератором, подсоединенным к шпинделю.

Электронный спидометр может оснащаться оптическим, магнитным, механическим датчиком, который формирует импульс тока за любой оборот шпинделя, при этом импульс поступает в электронную схему, проходит обработку, затем выводится на индикатор.

Также скорость находится при помощи системы спутникового позиционирования GPS электронным путем в качестве пройденного расстояния, разделенного на затраченное время на путь.

Стереометр

Стереометр – оптический прибор, предназначенный для измерений изображений и объектов, использующий их аэрофотоснимки или наземные фотографии в процессе их наблюдения стереоскопом. На приборе имеется созданная модель местности, по которой и перемещаются параллактические и измерительные приборы. Стереометры различаются по конструкции в зависимости от назначения. Топографический стереометр используется для вычерчивания карт, рельефа местности. Геологический стереометр используется при поиске горных пород полезных ископаемых. По снимкам измеряют места их залегания. Прецизионный стереометр используется в фотограмметрии. Наиболее распространенный и эффективный топографический стереометр изобрел в середине ХХ в. в России ученый Ф. В. Дробышев.

Стереоскопический дальномер

Стереокопический дальномер – прибор, характеризуемый как оптический дальномер, представляющий собой двойную зрительную трубу с наличием двойных окуляров.

Разработан прибор на принципе стереоскопического эффекта, при этом исследования объекта каждым глазом в отдельности соединяются в одно целое, с различием в расположении объектов относительно глубины. Дистанция до объекта определяется при помощи сложения изображения объекта и изображения специальной отметки, которая находится в фокальной плоскости дальномера, при этом объект и эта отметка являются равноудаленными относительно созерцателя. Компенсатор смещается пропорционально расстоянию исследования.

Стереоскопические дальномеры относятся к достаточно точным измерительным приборам.

Стробоскоп

Стробоскоп – контрольно-измерительный прибор, наблюдающий быстрые периодические движения, использующий принцип стробоскопического эффекта (наблюдение объекта в периодических интервалах времени, и если время наблюдения объекта позволяет сохранить его изображение, то в силу инерции зрения изображение кажется непрерывным). Периодичность наблюдения обеспечивают специальные приспособления – вращающиеся диски или вспышки света. Стробоскоп измеряет число оборотов механизма, частоту колебаний механической системы, вибрацию, резонанс, а также наблюдает быстро колеблющиеся элементы, так как наблюдаемый объект, совершая периодическое движение, становится видимым на очень короткое время относительно движения.

Стробоскоп был изобретен очень давно, но сначала это было не научнотехническое устройство, а всего лишь игрушка, конструкция которой была основана на свойствах человеческого зрения и восприятия изображения. Самый древний игрушечный стробоскоп имел в своей конструкции два диска, которые вращались на одной общей оси с помощью ручки. На одном диске были нарисованы картинки, такие как образы определенного процесса (например, ходьба). На другом диске были сделаны отверстия, расположенные радиально, для наблюдения за картинками первого диска. Оба диска были спрятаны за экран, в котором было смотровое окошко. При вращении оси диски также вращались, и картинки последовательно показывались в смотровом окошке на малое время, но все изображение сливалось в картину непрерывного движения. Цельное изображение движущегося объекта получалось из недолго видимых отдельных его изображений. Это стробоскопический эффект первого типа. Но если предмет движется периодически, то в стробоскопе возникает ощущение его неподвижности. Это стробоскопический эффект второго типа.

На стробоскопическом эффекте основывается восприятие движений в кино и телевидении. Стробоскопический эффект обеспечивают источники света с регулируемой вспышкой, такие как приборы импульсного освещения. На его основе был создан новый метод – стробирование, основанный на выделении частотного интервала с целью поиска полезных сигналов. Этот метод используется в основном в радиолокации для поиска цели, он позволяет снизить воздействие помех.

На основе стробоскопического эффекта были созданы контрольно-измерительные стробоскопические приборы, используемые в различных научно-технических и производственных областях. Действие приборов основано на периодическом движении объекта и освещении его на малое время сравнительно с движением. Это создает иллюзию неподвижности объекта. Стробоскопические приборы различаются по конструкции и способу действия и бывают механическими, электронными, осциллографическими. Механические стробоскопы имеют диски с отверстиями для наблюдения объекта и измеряют частоту его периодического движения. Этот способ дает возможность измерения угловых скоростей труднодоступных или очень малых объектов без контакта с самим объектом. Диапазоны измерения прибора составляют 300—3000 об/мин и 3000—30 000 об/мин. Электронные стробоскопы имеют в своей конструкции генератор и газоразрядную лампу. Лампа – источник световых импульсов. Генератор задает регулируемую частоту импульсов, изменяя параметры электрической схемы. Этот тип стробоскопа наиболее эффективный и широко распространен в промышленности, точность его измерений доходит до 2%. Число измеряемых им оборотов у движущихся деталей от 250 до 3200 об/мин.

Универсальный стробоскоп с питанием от батарейки используется для измерений как в помещении, так и в полевых условиях. Низкочастотные стробоскопы используются для научных опытов или обеспечения театральных светоэффектов. Частота вспышек этих приборов 1—10 Гц, 10—100 Гц.

Одни электронные стробоскопы регулируют угол зажигания у двигателя автомобиля, другие используются в медицине для диагностических целей. Точность измерений очень высока – до 0,001%.

Осциллографические стробоскопы измеряют амплитуду и длительность электрических импульсов в исследовательских целях с точностью 4%.

Дальнейшее совершенствование конструкций стробоскопов направлено на расширение применения, наблюдения в различных диапазонах излучения, увеличение измерительной способности и точности измерений.

Струнный датчик

Прибор, характеризуемый как измерительный преобразователь, состоит из натянутой струны и электромеханического преобразователя, который создает возбуждение колебания струны, трансформируя колебания в электрический сигнал. Натяжение струны обусловливает частоту колебаний струны. При этом частота пропорциональна перемещению, усилию, приложенному к исследуемому значению.

Используется для оснащения систем автоматического монтажа технологических процессов производства.

Таймер

Таймер – устройство для произведения включения и выключения в четко установленное время, находящееся в зависимости от расписания соединенных с ним электрических приборов. Название произошло от английского слова timer. Основным свойством таймера считается точность работы прибора, что является наименьшим гарантированным выдерживаемым промежутком времени.

Алгоритм расписания задается в результате задействования специальной компьютерной программы, которая загружается в таймер при помощи последовательного порта.

Корпус представляет собой удлинитель с наличием розеток.

Таймер оснащается микроконтроллером, направленным на сохранение расписания определенных событий, максимальное время для включения таймера от момента загрузки не превышает 7 дней, при этом точность задания времени события определяется 1 с. В таймере также может быть предусмотрено включение автоматического питания для хранения загруженного алгоритма действия и возможности считывания точного времени без напряжения, поступающего из питающей сети, при этом от батареек потребляется ток примерно в 3 мА.

Таймеры разделяются по точности: малоточные, погрешность измерения которых составляет не более 0,1 с; точные таймеры имеют погрешность менее 0,001 с; сверхточные приборы изготавливаются с погрешностью не выше 1/106 с.

Виды таймеров: аппаратные и программируемые.

Аппаратные приборы разработаны для работы в независимом режиме относительно центрального процессора, при этом в результате срабатывания происходит отправление прерывания.

Программные таймеры функционируют при помощи создания в цикле установленного числа равных пустых действий. Прошедшее время точно устанавливается благодаря определенной частоте функционирования процессора. Недостатком программных приборов является прямая зависимость между числом интеграционных процессов цикла и типом, а также частотой процессора.

Программируемый таймер разработан для включения и выключения в заданные промежутки времени. Эти приборы подразделяются на механические и электронные.

Современные таймеры изготавливаются с пластиковым корпусом, с установленными в нем дисплеем, кнопками управления, отсеком для питания, розеткой и вилкой. Промышленные программируемые таймеры предназначены для контроля работы при изменениях подачи электроэнергии на производственных устройствах, обеспечиваются клеммами, закрепляющими сетевые провода, крепеж производится на рейке электрощита.

Тахеометр

Тахеометр – измерительный геодезический прибор для измерения вертикальных и горизонтальных углов, расстояний и превышений. Используется для произведения тахеометрической съемки, измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов b и v, расстояний s, превышений h, которые расположены между точкой стояния и исследуемой точкой.

Подразделяются на круговые, номограммные, авторедукционные, внутрибазные. Круговые представляют собой повторительные теодолиты, оснащенные цилиндрическим уровнем при алидаде вертикального круга и нитяным дальномером. Авторедукционные измеряют превышения по вертикальной рейке и горизонтальное положение расстояний по номограмме, видимой в поле зрения трубы, и по горизонтальной рейке при взаимодействии дальномера двойного изображения. Внутрибазные тахеометры оснащаются базой при приборе, что позволяет находить горизонтальное положение расстояний непосредственно, а превышений – по измеренному углу.

Номограммный тахеометр измеряет превышения и горизонтальные положения расстояний по вертикальной рейке и номограмме, видимой в поле зрения трубы.

Тахеометрическая съемка представляет собой самую широко используемую съемку для произведения наземных топографических съемок, используемых в инженерных исследованиях объектов строительства. Отличается высокой производительностью при съемках, все измерения пространственных координат характерных точек местности осуществляются при помощи геодезического прибора теодолита тахеометра.

Тахометр

Тахометр со встроенным часовым механизмом используется для измерения частоты вращения любого вала, например двигателя. В случае задействования кнопки воспроизводится звук тиканья, схожий с тиканьем бомбы, и происходит подсчет оборотов вращающегося вала.

В тахометре вращение подается на большой вал, затем поступает на счетное приспособление со стрелкой в результате червячной передачи, обгонная муфта контролирует направление вращения.

При разностороннем движении вала стрелка перемещается исключительно в одном направлении. Точный замер количества оборотов (при этом учитываются неполные доли) осуществляется в результате задействования кнопки и длится в течение 5 с.

Прибор производит экстраполяцию величины на минуту. Также тахометр обеспечивается программатором, в этом устройстве программа вводится зубьями на анкерном колесе, пропуск зубьев осуществляется специально, управление программатора обеспечивается кулачковыми рычагами. Взвод пружины происходит при нажатии кнопки, при опускании осуществляется старт баланс, затем начинает работать программатор (анкерное колесо с пропущенными зубьями).

Для стабилизации хода часового механизма требуются три такта баланса программатора. Четвертый такт характеризуется подключением бархатного колеса измерения оборотов, которые измеряются с помощью счетного устройства за 30 тактов баланса.

Измерения прекращаются в результате блокировки программатором колеса измерения оборотов, спустя два такта программатор останавливает баланс.

Тензометр

Название образовано от латинского слова tensus, переводящегося как «напряженный», и слова «метр». Представляет собой измерительный прибор для определения деформаций, которые произошли в результате механического напряжения в твердых телах.

Используется для исследования деформаций в деталях машин, для рассмотрения возможных деформаций конструкций, возведений. Механические испытания материалов также не обходятся без тензометра. Широко применяются электротензометры сопротивления, которые оснащаются тензорезисторным датчиком.

Теодолит

Теодолит представляет собой геодезический прибор, используемый для измерения горизонтальных и вертикальных углов на местности.

При взаимодействии теодолита, нивелирной рейки, нитяного дальномера измеряется и расстояние. Приборы также могут оснащаться светодальномерами, которые позволяют измерять расстояния с высокой точностью, при этом резьбовая часть закрепительных осей не должна превышать 4 мм. Работы производятся при температуре от -40 до +50 °C.

Эти приборы могут обеспечиваться секторной оцифровкой вертикального круга или круговой оцифровкой вертикального круга. Основными составляющими инструмента являются подставка с подъемными винтами, горизонтальный угломерный круг, вертикальный круг, алидада с колонками, зрительная труба, цилиндрический или круговой уровень, подъемные винты, кремальерные и наводящие винты, кремальера, отсчетное устройство.

Теодолиты оптико-механического типа серий 3Т и 4Т (точность приборов – 5, 15, 30) оснащаются компенсатором, предусмотрены прямое изображение, автоколлиматор.

Теодолиты такого типа применяются для измерения углов в теодолитных и тахеометрических ходах, при разбивке плановых и высотных съемочных сетей, а также в случае произведения нивелирования горизонтальным лучом, при взаимодействии уровня при трубе. Эргономические модели обеспечиваются прямым изображением и отмечаются высокой работоспособностью. Теодолиты 3-й серии могут оснащаться светодальномерами разнообразных конструкций. Приборы 4-й серии также могут обеспечиваться ручными лазерными дальномерами. В конструкции предусмотрено наличие геодезических штативов, которые, в свою очередь, могут оснащаться универсальными становыми винтами, закрепляющими теодолит, креплениями для ручных лазерных дальномеров, рулеткой, также возможна установка других вспомогательных приспособлений.

Электронные теодолиты представляют собой электронные приборы, измеряющие углы, позволяющие исключить погрешности отсчитывания, оснащаются жидкокристаллическими дисплеями, на которые выводятся результаты исследований.

В конструкции также предусмотрен порт, соединяющий дальномерную приставку. Зрительная труба создает прямое изображение, тридцатикратное увеличение, диаметр объектива 45 мм, диаметр дальномера 50 мм, разрешающая способность определяется в 3", угол поля зрения 1° 30', наименьшее расстояние визирования соответствует 1,4 м, коэффициент нитяного дальномера 100, длина трубы 157 мм. Угловые измерения производятся методом инкрементального фотоэлектрического кодового лимба, диаметр которого 79 мм, точность в зависимости от модели может быть 2'' – 5'' – 10'', считывание по горизонтальному лимбу двухстороннее, по вертикальному лимбу может быть или одностороннее или двухстороннее, в зависимости от модели теодолита. Минимальный отсчет 1'' либо 5'', 5'' либо 10'', для угловых измерений используется строчный двухсторонний жидкокристаллический дисплей.

Чувствительность цилиндрического уровня 30''/ 2 мм, круглого уровня 8'/ 2 мм. Оснащается жидкостным компенсатором вертикального лимба с разрешением 1'' и диапазоном работы ±3'. Оптический отвес прямого изображения, трехкратного увеличения, с диапазоном фокусировки 0,5 м и до бесконечности. Конструкция оснащается 4-строчным жидкокристаллическим дисплеем, портом для передачи данных, перезаряжаемым аккумулятором, питание прибора осуществляется в 6 В постоянного тока, длительность работы определяется в 10 ч. Теодолит этого типа работает при температурном режиме от -20 до +45 °C.

Поверки теодолита – определение в полевых условиях сохранности частей теодолита относительно друг друга. Чтобы приступить к работе с прибором, необходимо произвести его внешний осмотр: устойчивость теодолита на штативе, плавность хода подъемных и наводящих винтов, надежность фиксирования закрепительных винтов, отвечающих за вращающиеся части. Поверки в обязательном порядке производятся в том случае, если прибор новый, ни разу не применяемый, после ремонта или им работал другой специалист. При поверке необходимо удостовериться в правильном положении осей теодолита, ось цилиндрического уровня горизонтального круга должна находиться перпендикулярно оси вращения прибора. При установке на штатив уровень прибора размещен по направлению двух любых подъемных винтов. В результате вращения их в разные стороны пузырек уровня должен приходить в нулевой пункт. Далее производят поворот горизонтального круга на 180°. Если после всех манипуляций пузырек находится на середине либо сдвинулся не более чем на деление, то теодолит определяется в должном рабочем состоянии. При неисправности прибора пузырек сдвигают при помощи исправительных винтов к нулевому пункту на одну половину дуги отклонения, а подъемными винтами – на вторую половину отклонения. Завершив поверку, необходимо убедиться в сохранении рабочего положения прибора. Горизонтальный круг поворачивают на 90°, устанавливают пузырек цилиндрического уровня на середину, горизонтальный круг передвигают в произвольном направлении. Необходимо произвести соответствие положения круга в разнообразных положениях относительно подъемных винтов. Если при этом пузырек находится в середине, значит, поверка проведена успешно.

Юстировка – визирная ось трубы должна находиться в перпендикулярном положении относительно оси вращения трубы. Вертикальная ось устанавливается в отвесное положение, для выполнения этого уровень прибора фиксируется по направлению двух подъемных винтов, пузырь необходимо установить на середине. Затем производят поворот теодолита на 90°, для приведения пузырька снова на середину вращают третий подъемный винт, трубу фиксируют относительно удаленной точки, закрепляют лимб, отсчет производится по горизонтальному кругу. Зажимной винт зрительной трубы отпускается, и труба перемещается сквозь зенит, на этом уровне также фиксируется отсчет. В результате равенства обоих отсчетов и отличия их не выше двойной точности отсчетного устройства прибор считается готовым к работе. При невыполнении условий отсчета производятся следующие действия: из отсчетов необходимо определить средний отсчет и изображение сдвинуть от вертикальной нити. С окулярного колена трубы удаляется колпачок. Необходимо ослабить вертикально установленные винты, боковые исправительные винты в результате вращения перемещают сетку нитей до совпадения перекрестия сетки нитей с точкой визирования. По окончании юстировки закрепляются винты.

Установка теодолита – ось вращения трубы устанавливается перпендикулярно оси вращения теодолита. Прибор необходимо установить от стены здания примерно на расстоянии в 8—10 м, при этом вертикальную ось вращения фиксируют в отвесном положении. Труба наводится на точку, которая должна располагаться высоко на здании, затем фиксируется горизонтальный круг, и труба плавно перемещается вниз до горизонтального положения. Далее необходимо на стене здания отметить проекцию точки. Затем трубу нужно переместить сквозь зенит, при этом опустить закрепительные винты алидады и опять произвести наведение на точку. Если при проекции точки на том же уровне и ее закреплении получается совпадение проекцией, следовательно, прибор готов к эксплуатации. В случае производства работ с неправильным соотношением осей прибегают к следующему варианту. Необходимо создать измерения только в двух положениях круга. В результате подъема на 30° и расстояния в 0 м до проектируемой точки существует принятое несовпадение проекций до 30 мм. Поэтому в виде итогового результата принимается среднее из двух измерений. Вертикальная нить сетки зрительной трубы устанавливается перпендикулярно оси ее вращения, вертикальную ось вращения прибора необходимо зафиксировать в отвесном положении. Отвес должен находиться на расстоянии в 8—10 м, вертикальная нить наводится относительно отвеса. В случае, когда вертикальная нить сетки совпадает с нитью отвеса, теодолит считается исправным. Для корректирования равновесия осей с окулярного колена трубы удаляется колпачок, также необходимо ослабить исправительные винты сетки, затем повернуть диафрагму для полного совпадения вертикальной нити сетки с нитью отвеса.

Теодолитная съемка – это контурная (или горизонтальная) съемка местности, производимая при помощи теодолита. Характеризуется измерением горизонтальных углов и углов наклона, при этом линии проекции расстояний находятся стальной лентой и дальномерами разнообразных типов.

В результате применения теодолитной съемки не производится нахождение превышения между точками исследуемой местности, поэтому теодолитная съемка представляет собой частный случай тахеометрической съемки.

Для съемки необходимо произвести такие работы, как проложение теодолитных ходов, привязка ходов к пунктам геодезической сети и съемка ситуации. Теодолитные ходы прокладываются в виде замкнутых полигонов и разомкнутых ходов. Замкнутый полигон прокладывается для проведения съемки на границе исследуемого населенного пункта или строительного объекта.

Съемка ситуации и контроль измерений во внутренней части полигона могут потребовать проложения и диагонального хода. Разомкнутый теодолитный ход создается вытянутым, угол его поворота должен приближаться к 180°. Местонахождение проложения должно осуществляться между пунктами триангуляции или полигонометрии.

Чтобы проложить теодолитные ходы, необходимо зафиксировать вершины углов поворотов на местности, используя колышки или деревянные столбики. Точки углов поворота находятся так, чтобы стороны между соседними точками были доступны для измерения, их длина должна находиться в пределах 0—350 м. Измерение линий происходит в прямом и обратном направлениях. В ходах измеряются правые по ходу лежащие углы поворота. Для измерения используются два положения вертикального круга теодолита, итоговый результат представляет собой среднее из двух измерений, если разница измерений не превышает двойной точности прибора. Углы наклона определяются при помощи вертикального круга теодолита. Результаты полученных угловых измерений фиксируют в специальном геодезическом журнале измерений углов, линий, абрис, позволяющих основываться на них при построении плана. Обработка произведенных измерений включает в себя сверку правильности всех записей и вычислений, занесенных в журнал, и подсчет поправок за наклон сторон теодолитного хода, обработку угловых измерений и расчет дирекционных углов и румбов сторон, приращений и координат вершин хода, а также создание плана участка теодолитной съемки. Вычисляются угловая невязка замкнутого хода и допустимая предельная связка суммы углов, которая соотносится с обратным знаком поровну на все углы с округлением до 0,1'.

При нахождении дирекционных углов и румбов сторон замкнутого хода используется исходный дирекционный угол, получаемый привязкой стороны к пунктам геодезической сети. Также можно задействовать определение истинного или магнитного азимута.

Для нахождения значений углов всех сторон замкнутого хода применяют известный дирекционный угол и исправленный угол. Вычисляется и угловая невязка разомкнутого теодолитного хода.

Теодолит применяется для создания плана местности, не включая изображение рельефа. Чтобы отобразить рельеф на плане, используют нивелирование поверхности, соответствующей теодолитной съемке. Взаимодействие теодолитной съемки и нивелирования применяется в строительстве, чтобы создать план строительного участка. Фототеодолитная съемка применяется для нахождения координат точек местности и создания топографических планов, цифровых моделей местности по фотоснимкам, полученным в результате фотографирования земной поверхности.

Теодолит используется для измерения углов, расположенных в геодезических сетях сгущения, в съемочных сетях, для произведения теодолитных съемок, изыскательских работ, для нахождения магнитных азимутов, измерительных работ в прикладной геодезии. Теодолит также применяется при нахождении расстояний нитяным дальномером и для исследования магнитных азимутов при помощи буссоли. Оптико-механические приборы применяются для измерения углов в триангуляции, полигонометрии, в геодезических сетях сгущения, прикладной геодезии, также в астрономогеодезических исследованиях.

Тензорезисторы

Тензометрические датчики предназначены для произведения измерения механических напряжений, малых деформационных процессов, вибраций. Датчики разработаны на принципе тензоэффекта, который характеризуется трансформацией активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов относительно влиятельных способностей примененных к ним действий.

Тепловой вакуумметр

Тепловой вакуумметр – прибор, предназначенный для произведения измерения полного давления. При помощи теплового вакуумметра измеряется вакуум до 10-2 н/м2.

Разработан прибор на основе зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. В конструкцию устройства включается герметичный баллон с проволокой, который нагревается электрическим током и является датчиком. Изменение давления в системе приводит к изменению отвода тепла от нити датчика и температуры, при этом учитывается постоянная мощность.

Тепловые вакуумметры подразделяются на термопарные и теплоэлектрические приборы. Термопарные вакуумметры – тепловые приборы, температура нити которых определяется при помощи объединенной с ней термопары. Теплоэлектрические вакуумметры сопротивления – приборы, у которых температура нити находится относительно свойственного нити электрического сопротивления.

Термисторы

Полупроводниковые терморезисторы, обладающие отрицательным или положительным температурным коэффициентом сопротивления, при 0 °С соответствующие (2—8) × 10-2 (°C)-1, на порядок выше платины и меди.

Термисторы при наличии небольших размеров характеризуются высокими значениями сопротивления (до Мом). Сопротивление полупроводников находится в обратной зависимости от температуры, поэтому при увеличении температуры сопротивление снижается, сила тока в цепи возрастает.

Широко используются для производства техники. Изготавливаются из оксидов металлов. Например, термисторы типа КМТ представляют собой смесь окислов кобальта и марганца, термисторы типа ММТ состоят из смеси окислов меди и марганца.

Термоанемометр

Термоанемометр – прибор, используемый для произведения измерения температуры и скорости газовых потоков в газах, которые выделяются в результате технологических процессов. Широкое применение получили приборы, реализующие термоанемометрический метод, в основу которого положена зависимость скорости потока относительно теплоотдачи чувствительного элемента, устанавливаемого в поток и подвергающегося нагреванию электрическим током. Термоанемометры имеют небольшую инерционность, очень высокую чувствительность, надежность и компактность.

Главной частью прибора является измерительный мост, в одно его плечо включается чувствительный элемент. При нагревании чувствительного элемента получаемое количество тепла находится в зависимости от физических свойств движущейся среды, геометрической составляющей и ориентации чувствительного элемента. Чувствительность термоанемометра повышается при повышении температуры чувствительного элемента.

По способу нагрева чувствительного элемента термоанемометры подразделяются на прямые, косвенные, непрерывные и импульсные. По роду тока, который применяется для питающего моста, они делятся на постоянные и переменные.

Термоанемометры классических схем, к которым относятся термоанемометры постоянного тока и термоанемометры постоянной температуры, представляют собой большую зависимость показаний прибора от температуры исследуемой среды. Термоанемометр действует на принципе измерения свойств, присущих платиновым датчикам. Питание прибора осуществляется автономно, подзарядка производится от электрической сети. Прибор оснащается цифровой индикацией, двумя шкалами измерения. Представляет собой объединение блока индикации с измерительным зондом. Отличается компактными габаритами и доступностью в эксплуатации.

Основные отличительные особенности прибора: несложный процесс измерения; обширный температурный диапазон газовых потоков; автономное питание; масса и размеры прибора небольшие; наличие сигнализации разряда аккумулятора.

Параметры прибора: воздушно-пылевые потоки с температурой не выше 300 °C; диапазон работ – температурный режим от +5 до +300 °C и скорость 0,1—20 м/с, точность – температура ±2 °C и скорость ±5%, диапазон рабочих температур – от -20 до +40 °C. Термоанемометр способен производить непрерывную работу в течение часа, между перезарядками аккумулятора, масса аппарата не превышает 1 кг.

Портативный термоанемометр представляет собой прибор компактного и переносного типа, оснащается встроенным зондом, функцией расчета объемного расхода воздуха. Применяется при измерениях малых скоростей и температуры потока воздуха во внутренней части помещений, при произведении контрольных и наладочных действий в системах кондиционирования и вентиляции. Температуры измеряются в пределах от -20 до +50 °C, точность прибора составляет ±0,5 °C, скорость потока определяется в диапазоне 0—5 м/с при температурах ниже 0 °С и 0—10 м/с при температурах выше отметки 0 °C. Информация в приборах такого типа выводится на предусмотренный в конструкции дисплей, масса не превышает 300 г. Также прибор может обеспечиваться электронным блоком с зондом.

Импульсный термоанемометр действует по принципу зависимости скорости потока вещества, характеризуемого тепловой постоянной времени чувствительного элемента прибора. При этом чувствительный элемент при помощи импульса тока разогревается до определенной максимальной температуры. Остывание происходит в потоке исследуемой среды, где тепловая постоянная времени чувствительного элемента определяется функцией скорости потока вещества и является практически независимой относительно изменения температуры газа или жидкости. Импульсный термоанемометр обладает способностью находиться в режиме термометра и в режиме термоанемометра, для этого разработаны электронные ключи, управляемые микроконтроллером.

Термоанемометры используются главным образом для исследования неустановившихся движений и течений в пограничном слое, расположенном около стенки, для нахождения направления скорости потока и турбулентности воздушных потоков.

Влияние света (главным образом его ультрафиолетовая часть) порождает обесцвечивание, старение, порчу материалов экспонатов, находящихся в музеях, архивах, библиотеках. Для музеев определяется величина критерия безопасности, что составляет примерно 75 мкВт/люмен, показывающая отношение ультрафиолетового излучения и наблюдаемого излучения. Используются новые источники света, характеристики которых отличаются от обычной лампы накаливания, поэтому возникает необходимость произведения прямых измерений и в видимом, и в ультрафиолетовом спектрах. В музеях создается контроль минимального освещения для безопасного передвижения экскурсантов и доступного для них рассмотрения экспонатов музея. Применяются для установления качественного и правильного освещения рабочих мест, так как избыточное получение ультрафиолета приводит к поражению глаз, кожи и дает осложнения для здоровья человека. Разработаны приборы, направленные на отслеживание точной дозы облучения для определенной спектральной зоны, они оснащаются двумя оптическими каналами для одновременного измерения облученности в зоне ФАР– и УФ-излучения.

Вспомогательное ультрафиолетовое излучение искусственных источников тока используется для благоприятного накопления полезной биомассы в растениях, расположенных в защищенном грунте, при этом существует реальная возможность уменьшить концентрацию нитритов в биомассе. Если необходимо применять ультрафиолетовое излучение, то надо очень внимательно отслеживать влияние ультрафиолета на человека или другой исследуемый объект, поэтому для этого производится четкий контроль над спектральными характеристиками.

Термобарометр

Представляет собой измерительный прибор для определения величины атмосферного давления в результате нахождения точки кипения жидкости (в основном используется вода).

Термометр сопротивления

Термометры сопротивления производятся из чистых металлов и из металлов полупроводникового ряда. Термометры сопротивления разработаны для измерений, сформированных на характеристиках проводников и полупроводников, показывающих возможность изменения своего сопротивления относительно перемены температуры среды, в которой они расположены.

Молекулярное строение металлов и полупроводников при повышении температуры показывает возрастание сопротивления металлов (так как температурный коэффициент электрического сопротивления металлов положительный) и уменьшение сопротивления полупроводников в связи с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления полупроводников. Повышение электрического сопротивления металла при увеличении температуры получается за счет возрастающего рассеяния электронов на неоднородности кристаллической решетки, получаемых в результате увеличения тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. При этом число носителей тока, к которым относятся электроны проводимости, достаточно большое и не зависит от температуры. Для полупроводников характерно резкое повышение числа электронов при увеличении температуры, вследствие чего происходит резкое уменьшение электрического сопротивления.

Измерение температуры электрическими термометрами сопротивления представляет собой измерение активного сопротивления термометра, т. е. осуществляется посредством измерения тока в цепи. Измерительная включает в себя три элемента:

  1) термометр сопротивления;

  2) электроизмерительный прибор для тока;

  3) источник питания.

Металлические термометры сопротивления оснащаются чувствительным элементом, который является тонкой проволокой диаметром 0,05 мм, наматываемой на слюдяную пластину или пластмассовый цилиндр, а также устанавливаемую в защитную оболочку. Проволока изготавливается или из чистой платины или из чистой меди. По материалу изготовления термометры сопротивления подразделяются на платиновые и медные.

Платиновые и медные термометры сопротивления стандартных градуировок размещены в градировочных таблицах, показывающих соотношение полученного значения сопротивления термометра и температуры окружающей его среды. Преимущества металлических приборов: высокая точность измерений, взаимозаменяемость металлических термометров сопротивления, использование централизованного контроля температуры.

В результате объединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления, которые подсоединяются через переключатель к единому измерительному прибору, допускается возможность применения в совокупности с информационно-вычислительными системами.

Термометр сопротивления можно применять с измерительными устройствами, оснащенными стандартными шкалами.

Чувствительные элементы полупроводниковых термометров сопротивления изготавливаются из смеси разнообразных полупроводниковых веществ, например окислов меди и марганца, окислов кобальта и марганца, двуокиси титана и окисла магния. Низкие температуры определяются при помощи германиевых термометров сопротивления.

Полупроводниковые термометры сопротивления обладают высокой чувствительностью, на порядок превышающей чувствительность металлических термометров сопротивления, малой инерционностью, благоприятно влияющей на изучение нестационарных тепловых процессов, большим сопротивлением, которое может исключать изменения температуры окружающей среды при изучении температуры изменения сопротивления соединительных проводов.

Отрицательными свойствами считаются большой разброс температур внутри одного и того же типа, достаточно большое отличие номинальных значений сопротивлений и температурных коэффициентов, что препятствует взаимозаменяемости и созданию градировочной таблицы для определенного типа полупроводниковых термометров сопротивления, нелинейность зависимости электрического сопротивления от температуры, небольшая допустимая мощность рассеивания при прохождении измерительного тока.

Используются для произведения измерения температуры в пределах от -60 до +750 °C, также отмечено применение для измерения температур, достигающих 1000 °C.

В промышленности электрические термометры сопротивления объединяются с логометрами, автоматическими уравновешенными мостами, автоматическими компенсационными приборами, оснащенными шкалой в градусах Цельсия, применяющейся только для определенной градуировки термометра сопротивления и фиксированного значения сопротивления проводов, которые служат для монтажа термометра и измерительного прибора. Погрешность автоматических уравновешенных мостов составляет ±0,25 или ±0,5% от нормирующего значения. Производятся автоматические уравновешенные мосты следующих типов: показывающие; показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой; показывающие и самопишущие с дисковой диаграммой, оснащаемые дополнительными сигнальными и регулирующими приспособлениями, которые предназначены для применения в системах сигнализации и регулировки температуры.

Термопара

Термопара представляет собой два элемента, которые спаиваются своими концами; также термопара называется термоэлементом. Ток, получаемый от термопары, получил название термоэлектрического тока.

Термопара включает в себя две проволоки, платиновую и платинородиевую, которые считаются очень тугоплавкими. Они создают электродвижущую силу, пропорциональную температуре в широких пределах (до 1600 °C). В результате нагревания на каждые 100 °С образуется электродвижущая сила в 0,001 В. Термопара устанавливается в фарфоровую трубку.

Спай двух проволок определяется как конец термопары и помещается в печь, клеммы соединяются с гальванометром, градуированным по градусам Цельсия. Чтобы найти тепловое действие излучения, необходимо воспользоваться батареей из термопар, которые объединяются последовательно. При этом все нечетные спаи должны быть одной температуры, все четные спаи – другой температуры. Термопары оснащаются очень тонкими проволочками, спаи необходимо сплющить таким образом, чтобы у них была большая поверхность, поэтому им придается вид тоненьких листиков.

Термопара может обеспечиваться блоком усилителей сигналов, который применяется для преобразования электродвижущей силы от термопары в токовый сигнал 0—5 мА, 0—20 мА, 4—20 мА с компенсацией термо-ЭДС свободных концов термопары.

Электродвижущая сила для всех пар очень мала, при нагревании до 100 °С термопара никель – платина создает электродвижущую силу 0,0015 В, медь – константан – 0,004 В, висмут – сурьма – 0,011 В. КПД термопары составляет 1—3%, вследствие чего их не используют в качестве генераторов тока, исключением являются маломощные пары (до Вт). Определенные термопары имеют прямую пропорциональность между температурой нагревания спая и электродвижущей силой.

Такое соотношение применяется в термоэлектрическом термометре, который представляет собой объединение термопары и гальванометра, градуированного по градусам Цельсия.

Термопара считается основным прибором, используемым для произведения измерения температуры в индустриальном применении, например в металлургической промышленности, нефтехимическом производстве.

Для нахождения стомиллионных долей градуса некоторые спаи защищают от попадания излучения, и в то же время остальные спаи зачерняют, что приводит к максимальному поглощению лучей, также используется подсоединенный чувствительный гальванометр. Теплота, излучаемая человеком ночью на расстоянии 1,5 км, определяется при помощи задействования собирательных зеркал. Термопары используются и для измерения излучения наиболее удаленных звезд.

Терморезистор

Терморезистор представляет собой полупроводниковые термометры сопротивления и термометрические датчики.

Датчики используются для определения температуры окружающей среды. В этом случае ток, пропускаемый сквозь прибор, представляет собой настолько малую величину, что даже не производит нагрев терморезистора. В этом случае терморезистор употребляется в качестве датчика, получившего название термометра сопротивления.

В случае, когда температура терморезистора устанавливается при помощи нагрева постоянным по величине током и обстоятельствами охлаждения, температура находится по условиям теплоотдачи поверхности прибора, т. е. скорости течения окружающей среды относительно терморезистора, рассматриваются плотность, вязкость, температура среды. Терморезистор выступает в качестве датчика скорости потока и теплопроводности окружающей среды, плотности газов и пр.

Термометрические датчики создают двухступенчатое преобразование. Первое преобразование состоит в переводе исследуемой величины в изменение температуры терморезистора, второе преобразование – изменение температуры терморезистора переводится в изменение сопротивления.

Терморезисторы производятся из чистых металлов и полупроводников. Главным критерием создания служит высокий температурный коэффициент сопротивления. Желательно наличие линейной зависимости сопротивления от температуры, воспроизводимости свойств, инертности влияния окружающей среды. Поэтому в основном предпочтение отдается платине, в меньшей степени – меди и никелю. К недостаткам медных терморезисторов относятся их малое удельное сопротивление, легкая окисляемость при высоких температурах, поэтому медные применяются до температуры до 180 °C.

Никель употребляется для недорогих датчиков, которые рассчитаны для измерений в комнатных температурах. Чувствительные элементы терморезисторов могут производиться разнообразной формы, чаще они изготавливаются небольшой цилиндрической формы, в виде стержня, шайбы, бусинки. Также элемент покрывается эмалью для предохранения от механических повреждений и вредного влияния температурноизменчивой окружающей среды. К тому же элемент помещается в защитную оболочку. Для измерения и сигнализации температуры необходимо индивидуально для каждого терморезистора произвести градуировку. Наибольшей чувствительностью среди металлических терморезисторов отличаются полупроводниковые терморезисторы, называемые термисторами.

Платиновые терморезисторы используются для измерения температур в диапазоне от -60 до +1100 °C. В производстве распространение получили наиболее дешевые медные терморезисторы, которые обладают линейной зависимостью сопротивления от температуры.

Термоэлектрический прибор измерительный

Представляет собой прибор, характеризуемый свойством термопреобразования, направленным на измерение в цепях переменного тока с низкими и высокими частотами.

Прибор включает в себя термоэлектрический преобразователь магнитоэлектрического миллиамперметра или микроамперметра. Преобразователь является сочетанием нагревателя, пропускающего через себя исследуемый ток, и термопары, находящейся в зависимости от нагревателя. В месте соединения термопары и нагревателя определяется одна температура, а на свободных концах термопары температура соответствует температуре окружающей среды, при этом разность температур образует термоэлектродвижущую силу. В результате тепловой инерции состояние устанавливается, и температура нагревателя в месте соединения считается постоянной и характеризуется рассеиваемой на нем мощностью. Нагреватель подсоединяется последовательно в разрыв исследуемой цепи. Для измерения термоэлектродвижущей силы используется микроамперметр, соответствующий работе милливольтметра.

Нагреватель является тонкой проволочкой, произведенной из манганина или нихрома. Термопара изготавливается из материалов и сплавов, которые должны быть устойчивыми при высоких температурах. Сечение нагревателя обусловливает наибольшее значение исследуемого тока, диапазон значений находится от единиц миллиампер и доходит до десятков ампер. Для нахождения больших показателей тока употребляются трансформаторы тока. Сечение и длина нагревателя обусловливают наибольшую частоту, при этом наименьший порог частоты определяется сотнями МГц.

Термоэлектрические преобразователи подразделяют на вакуумные и контактные. Контактные преобразователи характеризуются наличием гальванической связи для термопары и нагревателя, что равносильно гальванической связи между входной цепью и выходной цепью. Бесконтактный преобразователь создан таким образом, что нагреватель разделяется относительно термопары при помощи керамической или стеклянной бусинки, создавая между нагревателем и термопарой небольшую емкостную связь, при этом чувствительность бесконтактного преобразователя считается меньше чувствительности контактного преобразователя.

Для вакуумного преобразователя характерно установление нагревателя и термопары в стеклянный баллончик. Чувствительность вакуумного термопреобразователя меньше чувствительности контактного преобразователя.

Термоэлектрические приборы создают значения, которые не зависят от формы кривой исследуемого тока. К сожалению, они обладают небольшой чувствительностью, неравномерностью шкалы, невозможностью создания перегрузки.

Используются эти приборы главным образом как амперметры и миллиамперметры, в редких случаях употребляются в качестве вольтметров в связи с малым входным сопротивлением и малой чувствительностью.

Тесламетр

Название образовано от слов «тесла», являющейся единицей магнитной индукции СИ, и «метр». Представляет собой прибор для произведения измерения индукции или напряженности магнитного поля в неферромагнитной среде. Измерительный прибор предназначен для определения магнитной индукции, являющейся векторной величиной, которая обусловливает магнитное поле. С его помощью измеряется сила, направленная на перемещающуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля в фиксированной точке.

Подразделяются на индукционные тесламетры, феррозондовые приборы и т. д.

Индукционные тесламетры разработаны на основе индукционного преобразователя, например катушки. Также в конструкцию включен электроизмерительный прибор. В результате трансформации потокосцепления индукционного преобразователя с магнитным полем в преобразователе образуется электродвижущая сила, определяемая с помощью тесламетра. Линейное перемещение, вращение, вибрация индукционного преобразователя позволяют модифицировать потокосцепление в постоянных магнитных полях; изменения величины. Направления поля трансформируют потокосцепление для переменных магнитных полей.

Феррозондовые тесламетры разработаны на внутриатомных явлениях (например, на основе ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, явления сверхпроводимости).

Приборы используются для нахождения горизонтальных и вертикальных элементов вектора напряженности геомагнитного поля, т. е. при создании магнитных карт, для произведения разведывательных геологических работ. Тесламетры применяются для определения магнитных полей планет Солнечной системы в научно-исследовательских изысканиях магнетического направления, а также для исследовательских работ в межпланетной среде.

Токовые весы

Токовые весы, также называемые весами Ампера, используются для высокоточного измерения силы тока, т. е. механического взаимодействия между двух катушек с током.

Конструкторское решение токовых весов идентично аналитическим весам, основным отличием является материал, из которого производятся токовые весы, который является немагнитным. Токовые весы состоят из корпуса весов, неподвижного соленоида, подвижного соленоида, основания весов, шкалы отсчета, коромысла, гирь, уравновешиваемого соленоида в случае отсутствия тока. Измерения силы тока основаны на электродинамической реакции двух проводников, которые изготавливаются в качестве коаксиальных однослойных соленоидов, пропускающих одинаковый ток. Предусмотрено наличие гирь для создания равновесия силы реакции соленоидов. Сила тока представляет собой корень квадратный из произведения массы гирь на ускорение свободного падения, которое делится на коэффициент, показывающий зависимость габаритов соленоидов, а также производящий учет специфики реакции соленоидов относительно реакции, полученной в результате действия проводников прямолинейного типа. В случае непоступления тока к плечу равновесие создается при помощи подвешенного соленоида, аналогичного подвижному. Измерения токовыми весами имеют погрешность примерно 0,001%.

Трансформаторный датчик

Трансформаторный датчик представляет собой измерительный трансформатор механических величин, например угла поворота, перемещения, в модификацию коэффициента преобразования трансформатора, а также в коэффициент взаимной индукции относительно первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторный датчик разработан на принципе зависимости электродвижущей силы, которая создается во вторичной обмотке преобразователя, от любого из ранее описанных коэффициентов, трансформирующихся относительно модификации воздушного зазора магнитопровода преобразователя, относительного местонахождения обмоток и т. д.

Простейший трансформаторный датчик создан на основе модификации перемещения, соответствующей трансформации зазора в магнитопроводе. Размер зазора дает зависимость напряжения. Метрологические свойства совершенствуются в результате деления вторичной обмотки на две равные части, которые включаются дифференциально, т. е. встречно. В случае симметричной установки подвижной составляющей магнитопровода при рассмотрении частей вторичной обмотки образуемое ими суммарное напряжение, соответствующее нулевому значению, в результате произведения смещения подвижной составляющей напряжение будет подвергаться изменениям на величину полученного перемещения.

Дифференциальные трансформаторные датчики отличаются повышенной чувствительностью, линейностью статистических особенностей, точностью трансформации и определения результата.

Используются для произведения измерения перемещения в диапазоне 0,01—20 мм, а также для измерений свыше 0 мм.

Угломер

Прибор для измерения угла наклона поверхности.

Лазерный угломер представляет собой простой в эксплуатации угломер, с помощью которого производится измерение наклона поверхности в пределах 0—90°, углы измеряются в пределах 0—180°. Таким прибором возможно произвести единовременное измерение угла и наклона. Полученные показания выводятся на дисплей, который содержит функцию автоматической инверсии цифр, также может оснащаться встроенным лазерным указателем.

Уголковый отражатель

Уголковый отражатель – прибор, предназначенный для изменения направления и интенсивности потока энергии, разработанный трехгранным углом с взаимно перпендикулярными отражающими плоскостями. В случае попадания на уголковый отражатель излучения происходит отражение излучения в строго противоположном направлении. Уголковый отражатель является пирамидой, у которой три грани определяются как взаимно перпендикулярные зеркала, четвертая грань прозрачная и направляется к зрителю.

В случае рассмотрения трех взаимно ортогональных отражающих плоскостей образуется 8 уголковых отражателей, которые могут отправить к излучателю сигнал всевозможного направления, получаемый с произвольной стороны.

При установлении уголкового отражателя радиусом 0,5 м в космосе можно получить достаточно качественное отражение коротких и сантиметровых радиоволн. При облучении уголкового отражателя с поверхности Земли постоянным немодулированным ненаправленным сигналом на антенне передатчика будет фиксироваться постоянный сигнал, не зависящий от ориентации антенны и отношения расположения между приемопередатчиком и уголковым отражателем. Чтобы модулировать сигнал и передавать информацию, производится смещение центра уголкового отражателя. Для этого в центр ферромагнетика устанавливают магнитную катушку, намотанную на уголковый отражатель. При этом спутник обеспечивает контроль радиационной обстановки, а также подобные направления.

Уголковые отражатели предназначены для произведения работ для точного нахождения расстояний от одного объекта до другого. Используются в различных областях науки и техники. В радиолокационных наблюдениях отраженный сигнал от уголкового отражателя дает возможность установления многих объектов на больших расстояниях, при этом отраженные сигналы характеризуют свойства исследуемой местности. Прибор используется для установления границ судоходства, помогает фиксировать речные и морские мели.

Для военных целей уголковый отражатель применяется в качестве первичных реальных целей для контроля точности систем самонаведения и боекомплекта ракет. Уголковый отражатель сбрасывается на парашюте с самолета на землю, затем отраженный от него сигнал захватывается центром самонаведения ракетной установки, и осуществляется пуск ракеты. При подлете к уголковому отражателю ракета активирует радиовзрыватель боевого заряда. Характеристики уголкового отражателя используются самолетами для обхождения противовоздушной обороны противника, так как уголковый отражатель, сбрасываемый на землю, создает отраженный сигнал, превышающий самолет, позволяя направить радиолокатор противника на уголковый отражатель, отвлекая от самолета.

Приборы устанавливаются на космические корабли для контроля над ними при выполнении полета с помощью радиолокаторов. Также уголковыми отражателями оснащаются луноходы.

Универсальный прибор

К универсальным приборам относятся авометры, представляющие соединение таких устройств, как амперметр, вольтметр и омметр. Прибор для произведения измерения постоянного и переменного токов, напряжения, активного сопротивления. Некоторые авометры способны также измерять электрическую емкость конденсаторов и главные свойства полупроводниковых устройств, таких как диоды и транзисторы. Авометры называются тестерами и мультиметрами. Авометр является портативным универсальным электроизмерительным прибором, способен производить автоматическое измерение рода тока, полярности сигнала и измеряемых величин в мультиметрах. Цифровые мультиметры обладают функцией автоудержания.

Авометр представляет собой переносной прибор, оснащенный чувствительным стрелочным устройством, магнитоэлектрической системой, комплексом вспомогательных сопротивлений, используемых для определения напряжения, шунтов для нахождения силы тока в цепи. Для произведения измерения активного сопротивления используются установленный в авометр источник питания в виде батарейки либо внешний источник питания. В настоящее время индикатор авометра создается в виде жидкокристаллического дисплея.

Авометры подразделяются на типы относительно пределов производимых измерений. Приборы, сила тока которых определяется от десятков мкА до десятков А, напряжение исследуется от единиц мВ до сотен В, активное сопротивление измеряется от единиц Ом до тысяч кОм.

Уровнемер

Уровнемер представляет собой измерительный прибор, предназначенный для промышленного определения и выполнения контролирующей функции уровня сыпучих веществ, находящихся в резервуарах, в специализированных технологических агрегатах, в приспособлениях для хранения, и жидкостных субстанций.

Наиболее простым уровнемером является водомерное стекло, созданное на основе взаимодействия сообщающихся сосудов. Уровнемер такого типа предназначен для прямого проведения исследования за уровнем жидкости, находящейся в закрытом сосуде.

Уровнемеры, предназначенные для измерения жидкостей, изготавливаются таким образом, чтобы они могли применяться в открытых сосудах и в устройствах, для которых свойственно наличие давления.

Наиболее простые приборы для измерения сыпучих веществ представляют собой пластины, являющиеся чувствительными элементами, которые находятся в тесном контакте с поверхностью исследуемых сыпучих объектов. В случае смены уровня с помощью дистанционной системы осуществляется передача информации на вторичное измерительное приспособление. Уровень сыпучих веществ определяется также при помощи электрических емкостных уровнемеров, радиоактивных приборов.

Гидростатические уровнемеры для измерения в закрытых емкостях оснащаются преобразователем разности давлений, выполняющим функцию скомпенсированности статистического давления в емкости.

Давление в емкости остается единственной изменяемой величиной, которое определяется относительно расположения мембраны нижнего разделителя. При этом исследуемое давление определяется как сумма гидростатических давлений жидкого периода и парового периода рассматриваемой среды. Плотность парового этапа в большинстве исследований является настолько маленькой, что гидростатическое давление характеризуется главным образом высотой столба жидкого периода, даже возможно представить в виде уровня зеркала жидкого этапа. В случае рассмотрения сред, отличающихся высокой плотностью, например пропан, такой тип измерения представляется теоретическим уровнем жидкого этапа в результате сложения конденсата парового этапа и действительного жидкого периода.

Уровнемеры делятся по принципу действия при изучении жидкостей: механические, гидростатические, акустические, электрические, радиоактивные.

Механические приборы составляют два подкласса:

  1) поплавковые уровнемеры, оснащенные чувствительным элементом, называемым поплавком, который располагается на поверхности жидкости;

  2) буйковые уровнемеры, которые разработаны на принципе нахождения действующей на буек выталкивающей силы. При перемещении буйка и поплавка, через механическую и дистанционную системы производится отправка уведомления об этих действиях измерительной системе уровнемера.

Гидростатические приборы созданы на исследовании уравновешивания давления столба жидкости, находящейся в резервуаре, при помощи давления столба жидкости, которая находится в измерительном устройстве. Также уравновешивание может создаваться при помощи реакции пружинного приспособления устройства.

Электрические приборы подразделяются на емкостные уровнемеры и кондуктометрические.

Емкостные приборы характеризуются наличием конденсатора, который выполняет функцию чувствительного элемента, при этом преобразование емкости пропорционально изменению уровня жидкости.

Кондуктометрические уровнемеры разработаны на определении сопротивления электродов, установленных в среду исследования, в этом случае один электрод может быть представлен как стенка резервуара, агрегата.

Ультразвуковые (акустические) уровнемеры созданы на принципе отражательной способности ультразвуковых колебаний относительно плоскости раздела двух сред, одна среда – жидкость, вторая – газ.

Радиоактивные приборы создают просвечивание исследуемого вещества при помощи гамма-лучей радиоактивных элементов, при этом интенсивность элементов зависит от заданного объема исследуемой субстанции.

Уровнемеры могут представлять собой следующие системы:

  1) приборы с визуальным отсчетом;

  2) приборы, оснащаемые приспособлениями автоматической записи;

  3) уровнемеры, способные производить отправление полученных величин при помощи линии проводной связи, с помощью радиотрансляторов, при этом автоматическое сохранение данных происходит в месте получения информации;

  4) уровнемеры, обеспечиваемые автоматической сигнализацией.

В настоящее время производятся радарные уровнемеры, волноводно-радарные уровнемеры, уровнемеры, оснащаемые импульсными радарами, буйковые уровнемеры, емкостные, ультразвуковые, гидростатические уровнемеры.

Непрерывное измерение осуществляется уровнемерами-указателями, которые зависят от места их установления. Для произведения дискретного контроля как одного, так и некоторого количества заданного положения уровня применяются уровнемеры-сигнализаторы.

Уровнемеры широко используются в качестве датчиков уровня для автоматических систем, отвечающих за управление, контроль, регулировку производимых технологических операций.

Фазометр

Представляет собой прибор для измерения разности фаз, полученных от двух электрических колебаний, коэффициента мощности электрических сетей.

Фарадметр

Измерительный прибор, используемый для определения электрической емкости. Фарадметр оснащается шкалой, которая градуируется в основном в мкФ.

Ферродинамический прибор

Представляет собой прибор, используемый для нахождения силы тока, напряжения, мощности, образуемой в цепях переменного тока, в редких случаях – постоянного тока. Ферродинамический прибор разработан на принципе действия магнитных полей нескольких катушек (от двух и более), по которым проходит ток. Подвижная и неподвижная катушки устанавливаются непосредственно на ферромагнитном сердечнике.

Феррозонд

Феррозонд – прибор дли произведения измерения напряженности магнитного поля. Представляет собой векторный прибор, выходной сигнал чувствительного элемента зависит от величины внешнего магнитного поля и направления в сравнении с осью прибора.

Конструкция феррозонда включает в себя пермаллоевый сердечник, обмотку возбуждения, обмотку индикаторную. Используется для определения напряженности магнитного поля относительно трансформации магнитного состояния сердечника в результате воздействия внешнего магнитного поля, а также влияния поля, характерного для катушки возбуждения. В случае отсутствия исследуемого магнитного поля сердечник в результате воздействия переменного магнитного поля, которое образуется в катушке возбуждения, как бы перемагничивается в направлении симметричного цикла, при этом полученная модификация магнитного потока индуцирует в сигнальной катушке электродвижущую силу, которая преобразуется по гармоническому закону. Для того чтобы кривая перемагничивания получила несимметричную форму, необходимо единовременно производить воздействие на сердечник рассматриваемым постоянным полем и магнитным полем, характеризуемым как слабо меняющееся.

Результатом этих действий станет и модификация величины и гармонической формулы электродвижущей силы индукции в сигнальной катушке. Отмечено образование четных гармонических элементов электродвижущей силы, пропорциональных напряженности рассматриваемого поля, в результате симметричного цикла перемагничивания они не присутствуют.

Прибор обладает высокой чувствительностью к магнитному полю, используется при исследованиях магнитной дефектоскопии, в геологических разведывательных работах по нахождению полезных ископаемых. Получил применение в виде ориентационного в пространстве прибора при рассмотрении силовых линий поля Земли. Также применяется для определения магнетизма, свойственного планетам Солнечной системы, и для исследования магнетизма, присущего объектам биологической среды.

Феррометр

Феррометр представляет собой измерительный прибор, используемый для определения мгновенных значений индукции, напряженности магнитного поля в ферромагнитных примерах.

К ферромагнетикам относят вещества, обладающие высокой магнитной проницаемостью, которая намного более 1, и включаются в состав постоянных магнитов сердечников трансформаторов и электродвигателей.

Прибор осуществляет свою работу на принципе свойств мгновенных значений, которые являются пропорциональными средним значениям соответствующих им производных за фиксированный временной интервал. Среднее значение переменных электрических величин в приборе способно преобразовываться в течение времени, определяемого в качестве кратного полупериоду модификации магнитного поля при помощи магнитоэлектрического устройства, например гальванометра, с наличием управляемого выпрямителя, т. е. управление происходит благодаря фазовращателю, который определяет начальный момент влияния поля на феррометр. Следовательно, магнитное значение напряженности намагничивающего поля находится по величине тока, производная тока рассматривается по значению электродвижущей силы во вторичной обмотке катушки совместной индуктивности, при этом первичная обмотка задается последовательно в намагничивающую цепь.

Чтобы определить точки динамической петли перемагничивания, устанавливают мгновенные значения для некоторых положений фазовращателя, в основном используются одинаковые части периода, относительно фиксированных данных производится построение петли. Главная кривая намагничивания создается в качестве геометрического расположения вершин, характерных для симметричных динамических петель перемагничивания.

Виртуальный феррометр применяется как в лабораторных, так и в промышленных условиях, с его помощью определяется практически полный спектр магнитных величин. Обеспечивается графическим интерфейсом, способным выводить на дисплей показатели исследуемых величин и динамический магнитный цикл, динамическую кривую намагничивания, отношение динамической проницаемости относительно напряженности поля.

Используется для построения по точкам симметричных петель в результате произведения перемагничивания ферромагнитных объектов в переменных магнитных полях, главным образом это касается обычных промышленных частот. Применяется для создания петель перемагничивания при помощи двухкоординатного самописца или осциллографа.

Флюгер

Название произошло от голландского слова vleugel, что означает «крыло». Прибор предназначен для измерения направления и скорости ветра, устанавливается на максимальной по высоте точке здания. Флюгер представляет собой металлическую пластину, называемую флюгаркой, которая движется вокруг вертикальной оси в зависимости от направления ветра. Для измерения скорости ветра используется еще одна металлическая пластина, которая, отклоняясь относительно отвесного положения, указывает на скорость.

Первые флюгеры в форме птиц и петухов служили не только для определения направления ветра, но и являлись оберегом жилища, символом бдительности при приближающейся опасности. Азиатские кочевники украшали свои шатры флюгерами-флажками, которые применялись для прогнозирования погоды, так как для некоторых местностей ветер характеризовал возможную погоду.

Флюгеры-флажки могут быть простыми, оснащенными отверстиями, подобными забралам шлемов, фигурными, так называемыми музыкальными – с узорами, создающими скрипящие звуки. Угловые башенки некоторых домов Европы оснащались флюгерами в виде старинных шлемов.

В настоящее время флюгер изготавливается из листовой стали, раскрой осуществляется при помощи лазера, затем прибор покрывается порошковой эмалью или расписывается вручную для придания особенного стиля, а также для предотвращения появления ржавчины, так как флюгер устанавливается на открытом воздухе. Форма флюгера разнообразна – от незамысловатой стрелки до фигур всевозможной формы.

Флюгер получил широкое распространение во многих странах мира, устанавливался на крышах домов в качестве измерительного прибора направления и скорости ветра и как знак достатка, комфорта, уюта домашнего очага.

Флюксметр

Флюксметр – прибор, предназначенный для определения магнитного потока, проходящего сквозь рамку, включающую в себя некоторое количество витков и соединенную с гальванометром для установления полного заряда при кратковременном импульсе тока. Градирование флюксметра осуществляется в веберах.

Электростатический флюксметр используется для измерения напряженности электростатического поля, разработан на взаимодействии плотности заряда, который индуцируется полем на проводнике, и напряженности электрического поля.

Электростатический флюксметр используется в технике, геофизике, для произведения измерения быстротрансформирующихся величин, получаемых при рассмотрении движущихся объектов, таких как воздушный транспорт, ракеты, движение которых происходит в средах повышенной влажности, низкой проводимости.

Фотометр

Фотометр – измерительный прибор для определения фотометрических величин, таких как освещенность, сила света, световой поток, яркость, коэффициент пропускания, коэффициент отражения, и величин инфракрасного и ультрафиолетового излучения. В результате работы производятся установленное пространственное ограничение потока излучения, регистрация с помощью приемника с определенной спектральной частотой чувствительности. Для измерения освещенности используют люксметры, для яркости применяются яркометры, для светового потока и энергии – интегрирующие фотометры.

Прибор оснащается фотометрической головкой, представляющей собой оптический блок устройства, который состоит из линз, светорассеивающих пластинок, ослабителей света, светофильтров, диафрагмы, приемника излучения.

Для физических фотометров свойственна трансформация потока излучения в электрический сигнал, который фиксируется специальными приспособлениями, например микроамперметрами, вольтметрами. Импульсные фотометры оснащаются регистрирующими приспособлениями типа электрометра, запоминающего осциллографа или пикового вольтметра.

В случае применения глаза в качестве приемника фотометры получили название визуальные или зрительные, если роль приемника выполняет физический приемник, то такие фотометры являются физическими фотометрами.

Визуальный фотометр представляет собой фотометр, разработанный на основе уравнения исследуемой фотометрической величины относительно фиксированной фотометрической величины в результате визуального наблюдения, т. е. с помощью человеческого глаза.

Фотометр для иммунологических исследований разработан для произведения измерения оптической плотности растворов в ячейках микротитрационного планшета в результате иммуноферментного исследования. Нахождение оптической плотности основывается на методе вертикального фотометрирования проб, устанавливаемых в ячейки 96-ячеечных планшетов, с учетом заданных значений рабочей длины волны оптического излучения. С помощью такого прибора производится фотометрирование в процессе реакции, рассматривается кинетика в восьми ячейках и в конечной точке. Измерения задаются на семи волнах, автоматическое тестирование происходит каждый раз при включении фотометра. Предусмотрено наличие восьми стандартных режимов исследования планшетов и изображения результатов и рационального режима включения источника исключительно на время исследований.

Микропроцессорный пламенный фотометр разработан для измерения в растворах количественного содержания натрия, кальция, калия, лития. В приборе предусмотрены компрессор, четыре интерференционных светофильтра, которые могут измерять все элементы за одну аспирацию. Фотометр оснащен автоматической системой для подсчета концентрации элементов относительно специальной персональной градуировки. Прибор достаточно прост в обращении. Результаты выводятся на жидкокристаллический дисплей.

Пламенный фотометр применяется для исследования питьевой и минеральной воды, сточных и технологических вод, вин, напитков, для проведения анализа биологических проб, контроля продукции фармацевтической промышленности, исследования почв, минералов на наличие кальция и щелочных металлов.

Микрофотометр представляет собой фотометр для определения оптической плотности, коэффициента пропускания нейтральных фильтров, спектрограмм, рентгенограмм, всевозможных прозрачных объектов. Разработан на принципе трансформации светового потока, пропущенного сквозь фотометрируемую зону рассматриваемого объекта, в пропорциональный фототок. Затем фототок изменяется при помощи измерительнорегистрирующей системы в величину оптической плотности, также трансформация может перевести в коэффициент пропускания. Полученные значения выводятся на цифровое табло прибора.

Фотоэлектрический фотометр создан для произведения химических, клинических анализов растворов. Используется как лабораторное оборудование для определения состава биологических проб, химических растворов.

Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрические датчики также называются оптическими датчиками и подразделяются на аналоговые и дискретные. Аналоговые датчики характеризуются трансформацией выходного сигнала пропорционально внешней освещенности. Дискретные датчики преобразуют выходной сигнал на противоположный. Трансформация происходит в результате достижения фиксированной величины освещенности. Оптический бесконтактный датчик предназначен для регистрации модификации светового потока в исследуемой области, в случае преобразования положения в пространстве любых перемещающихся элементов механических машин, с наличием или отсутствием объектов.

Относительно способов использования фотоэлектрические датчики подразделяются на датчики общего применения и датчики специального применения, к специальным датчикам относят датчики для решения узконаправленного вопроса.

Фотоэлектрический бесконтактный датчик разработан как соединение приемника и излучателя. Эти элементы создаются как в одном корпусе, так и в отдельных корпусах.

Виды по методу обнаружения:

  1) по пересечению луча. Для этого вида датчиков используются раздельные корпуса у приемника и излучателя, при этом они устанавливаются друг против друга на рабочем расстоянии. Характеризуется метод постоянным отправлением сигнала от передатчика к преемнику. Трансформация состояния выхода изменяется в результате появления постороннего предмета, закрывающего сигнал датчика от приемника;

  2) отражение от рефлектора. Приемник и излучатель должны находиться в одном корпусе, отражатель фиксируется напротив датчика, при этом поляризационный фильтр позволяет датчикам и рефлектору воспринимать исключительно отражение от рефлектора, основанного на принципе двойного отражения. Рефлектор должен соответствовать расстоянию и монтажным характеристикам. Передатчик отправляет световой сигнал, который при отражении от рефлектора попадает в приемник датчика, в случае остановки светового сигнала приемник изменяет состояние выхода;

  3) отражение от объекта. Приемник и передатчик расположены в едином корпусе. В результате работы датчика происходит попадание объектов в рабочую зону, при этом объекты представляют собой особенные рефлекторы. При попадании на приемник датчика отразившегося от объекта светового луча происходит незамедлительное изменение состояния выхода.

Датчики такого типа получили широкое применение в большом количестве промышленных направлений. Дискретные датчики используются в качестве бесконтактных выключателей, производящих учет, определение, позиционирование технологических линий.

Аналоговые датчики созданы для работы в систематизированных системах управления освещением. Датчик обнаруживает объект на дистанции от 0,3 мм до 50 м.

Холла эдс датчик

Холла ЭДС датчик представляет собой магнитоэлектрический датчик. Был назван в честь американского физика Э. Холла, совершившего открытие гальваномагнитного явления в 1879 г.

При воздействии на полупроводник с проходящим по нему током, магнитным полем в полупроводнике создается поперечная разность потенциалов – электродвижущая сила Холла, которая характеризуется напряжением на 3 В менее напряжения питания.

Конструкция датчика такого типа является щелевой. По одну сторону щели устанавливается полупроводник с проходящим током при включении зажигания, по другую сторону помещают постоянный магнит. Стальной цилиндрический экран с наличием прорезей. В результате вращательного движения экрана при совмещении прорезей со щелью датчика происходит влияние магнитного потока на полупроводник, по которому перемещается ток. Затем управляющие импульсы Холла датчика направляются в коммутатор для трансформации в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Для установления пригодности датчика такого типа применяют замену заведомо исправного датчика, или обыкновенным вольтметром.

Пригодный к работе Холла датчик, подключенный выходом к вольтметру, направленный на определение измерения постоянного напряжения, резко меняет значения в пределах от 0,48 величины до величины, не превышающей 3 В напряжения питания, в результате вращательного движения вала датчика-распределителя.

Датчики такого типа используются для определения любой физической величины, зависящей от магнитного поля (например, силы тока) вследствие образования вокруг проводника с током магнитного поля. Холла датчики участвуют в разработке амперметров, ориентированных на токи не более 100 кА, также в аналоговых перемножающих приборах, где токи, являющиеся пропорциональными перемножаемыми величинам, употребляются для питания датчика и образования магнитного поля. Эффект Холла широко применялся для бесконтактных клавишных переключателей, обладающих высокой надежностью, долговременным периодом работы, небольшими размерами, а также постоянным потреблением энергии и высокой стоимостью. Также они используются в измерительных устройствах, направленных для нахождения линейных и угловых перемещений, для определения измерительного градиента магнитного потока, магнитного поля, мощности электрических машин, для бесконтактного трансформирования постоянного и переменного токов, в системах звукозаписи устанавливаются в воспроизводящих головках.

Хронограф

Хронограф – прибор, способный измерять промежутки времени, начиная с малых долей секунды. Название образовано от греческих слов chronos и grafo, которые обозначают: «время» и «пишу». Представляет собой самопишущий измерительный прибор, предназначенный для произведения регистрации и определения явлений, происходящих в течение короткого времени.

Запись осуществляется на бумажной ленте, или при помощи вращательного барабана прибора создается отметка начала, продолжительности, окончания явления, вместе с этим записываются секунды.

Относительно метода регистрации хронографы подразделяются на пишущие, печатающие и фотохронографы.

Пишущие хронографы оснащаются перьями специальной конструкции, создающими запись на равномерно подающейся бумажной ленте.

Перо представляет собой электромагнитную систему, разработанную относительно двух устойчивых положений, сменяющихся в результате подачи тока на электромагнит и отключения тока от электромагнита. При этом лента показывает излом следа пера. Одно перо находится под контролем опорных часов, остальные перья управляются исследуемыми устройствами, в роли которых могут выступать часы, контактный микрометр пассажного инструмента, реле, которое управляется радиосигналами точного времени.

Моменты времени в системе опорных часов определяются в результате рассмотрения координат точек, соответствующих изломам следа. Также разработаны пишущие хронографы, оснащенные чертящими и колющими иглами, электрическими искрами. Точность таких приборов в середине XX в. достигала 0,01 с, поэтому такие хронографы перестали использоваться.

Печатающие хронографы производят печатание чисел на бумажной ленте, когда осуществляются подача или отключение тока в цепи. Числа идентичны моменту времени в определенной условной шкале времени, шкала оснащается кварцевым генератором хронографа. В состав хронографа такого типа включены три цилиндрических диска одного диаметра, внешние поверхности диска характеризуются наличием выпуклых рисок. Количество рисок первого и второго диска соответствует 60, оцифрованы эти риски от 0 до 59; у третьего насчитывается 100 рисок и оцифровка от 0 до 99. За регистрацию минут отвечает первый диск, который производит один оборот в час, за регистрацию секунд отвечает второй диск, производящий один оборот в минуту, третий диск совершает один оборот в секунду, поэтому используется для регистрации малых долей секунды, таких как десятые, сотые, тысячные. В конструкции предусмотрен синхронный двигатель, питающийся от кварцевого генератора и создающий размеренное движение дисков. При срабатывании электромагнита пишущего хронографа происходит очень быстрое соединение бумажной ленты и красящей ленты с вращающимися дисками, в результате чего получается изображение цифр, рисок, отсчетного индекса на бумаге. Точность регистрируемых данных современных пишущих хронографов составляет 0,005 с.

Фотохронографы оснащаются дисками, конструкторское решение которых подобно дискам пишущих хронографов, отсчетный индекс таких приборов фотографируется в момент вспышки импульсной лампы. Контролирующая цепь импульсной лампы принимает опорный и рассматриваемый сигналы. Моменты поступления рассматриваемого сигнала в системе времени опорных часов определяются относительно изученных на фотопленке разностей изображенных отсчетов. Если механические элементы полностью отсутствуют в исполнительном устройстве, то такой фотохронограф считается практически не обладающим инерцией, поэтому он употребляется в том случае, если точность печатающего хронографа не удовлетворяет нашей задаче. Погрешность при регистрации момента времени при помощи фотохронографа составляет примерно 0,001 с.

В основном используется в астрономических исследованиях.

Хронометр

Название образовано от слов «хроно» и «метр». Прибор представляет собой высокоточные переносные механические часы, в обязательном порядке подвергающиеся аттестации в испытательной лаборатории, в роли которой может выступать астрономическая обсерватория. Хронометр предназначен для измерения промежутков времени, в основном начиная с 3/4 с, погрешность хронометра примерно несколько секунд в сутки.

Первые хронометры были разработаны как навигационные устройства примерно в XVI—XVII вв. Для точной навигации не подходили маятниковые часы, так как постоянная качка и нестационарные условия не способствовали точности.

М. В. Ломоносов одним из первых предложил использовать балансовый регулятор и часовой механизм с двигателем на четырех пружинах, который создавал выравнивание передающегося балансу момента.

Первый практический механический хронометр, основой которого стали часы с балансовым регулятором, был изготовлен английским механиком Дж. Харрисоном, считается, что это произошло в середине XVIII в. Русские астрономы В. Я. Струве, О. В. Струве, П. М. Смыслов в середине XIX в. внесли предложения для хронометра относительно методов регулирования хода и контроля температурной компенсации.

Конец этого века и начало следующего стали примечательными для конструктивного оформления хронометра, и это решение практически не изменилось, дойдя до 70-х гг. XX в. Современные усовершенствования коснулись технологической составляющей их производства, а также используемых при этом материалов.

Прибор оснащается хронометровым спуском, сообщающим один импульс в течение времени колебания, обусловливая изохронность колебаний баланса, а также достаточно высокую точность хода прибора. Производится сопряжение баланса и цилиндрической спирали, также баланс оснащается биметаллическим разрезным ободом, способствующим в результате изменения температуры сохранять непрерывный период колебания баланса. В хронометре предусмотрено включение специального приспособления, называемого улиткой (или фузей), которое предназначено для произведения выравнивания момента заводной пружины в течение спуска, которое происходит от начала до конца завода.

Морской хронометр фиксируется на карданной подвеске для создания горизонтального положения прибора в результате качки корабля.

В середине XX в. в хронометрах был введен анкерный спуск, при котором производилось сообщение двух импульсов за период колебания.

Если хронометры используются в экспедициях на транспортных средствах, то они фиксируются на амортизаторах. В лабораториях и обсерваториях хронометры не обеспечиваются амортизационными приспособлениями. Приборы могут обеспечиваться контактными устройствами, передающими электрические импульсы, которые могут передаваться с секундным интервалом.

Существуют крупногабаритные, к которым относятся и морские хронометры, и малогабаритные, в том числе и наручные, хронометры.

Кварцевые хронометры практически идентичны схеме, по которой разработаны кварцевые часы. В таком типе хронометров не используются карданный подвес и амортизаторы, являющиеся подвижными частями, которые могут нарушить устойчивость хронометра к любым вибрациям. Кварцевые хронометры не заводятся, так как обеспечиваются гальваническими элементами, например окисно-ртутным элементом, окисно-серебряным элементом, который без завода способен проработать не менее года.

Кварцевые хронометры характеризуются как приборы высокой точности, для крупногабаритных экземпляров средний суточный ход составляет примерно 0,01 с, для малогабаритных – 0,3 с, погрешность суточного хода малогабаритных хронометров за месячный период составляет не более 5 с. При изменениях температуры от 0 до 40 °C изменение суточного хода малогабаритного хронометра будет не выше 2 с.

Электронно-механические хронометры оснащаются стрелочной индикацией, электронные хронометры обеспечиваются цифровой индикацией.

Регулируется морской хронометр относительно среднего солнечного времени, хронометры, используемые в астрономических обсерваториях, – относительно звездного времени. Диаметр циферблата современного крупногабаритного хронометра составляет 100 мм, диаметр малогабаритного хронометра – 80 мм. Прибор оснащается механизмом, который фиксируется на 15 камневых опорах, для крупногабаритных хронометров одна из опор обязательно изготавливается из алмаза. Хронометр характеризуется суточной периодичностью завода, при этом среднее отклонение суточного хода не превышает 0,15 с, суточный ход может измениться на 0,05 с в результате изменения температуры на 1 °С.

При помощи этого прибора осуществляется хранение времени, например времени начального меридиана, который используется для нахождения географической долготы в навигации, геодезии и других направлениях. В середине XX в. стали широко распространяться карманные и наручные часы, особенностью которых являлась точность хода, получаемая вследствие высокого качества производства и регулировки механизма хронометра. Суточный ход наручного механического хронометра находится в пределах 3 с, погрешность суточного хода с изменением температуры в 1 °С примерно 0,2 с. Такие хронометры применяют специалисты, работа которых требует знания точного времени (например, машинисты, летчики). Следовательно, эти приборы используются в современных видах транспорта, для экспедиций и всевозможных исследовательских работ, которые производятся с сохранением времени с точностью до малых долей секунд в сутки. Во второй половине этого столетия было развито производство крупногабаритных и малогабаритных электронно-механических, электронных, кварцевых хронометров.

Хроноскоп

Название было создано объединением слов «хроно» и «скоп». Прибор для измерения очень малых промежутков времени, начиная с сотых, тысячных и меньших долей, и для произведения анализа величин времени, полученных при помощи различных устройств.

Состоит из двух дисков, которые характеризуются созданием равномерных узкорадиальных щелей. Один диск имеет 10 щелей, которые оцифрованы от 0 до 9, второй диск обладает 100 щелями, оцифрованными от 0 до 99. Диски совершают обороты относительно одной оси, угловая скорость вращения соответствует об/с и 10 об/с.

Сзади дисков устанавливается импульсная лампа, создающая вспышки в момент поступления электрических сигналов от сопоставляемых часов, которые создают освещение щели и цифр, расположенных в этот момент над лампой.

В конструкции предусмотрен неподвижный отсчетный индекс, позволяющий производить фиксированный отсчет достигающих 0,1 деления второго диска, определяемого в качестве формальной точности в 0,1 мс. Для получения разности величин необходимо на хроноскоп подать электрические импульсы от разных часов.

Фотохроноскоп – хроноскоп, оснащенный фотографическим приспособлением.

Хроноскоп-колориметр предназначен для измерения цветовой температуры и длительности импульса. Оснащен дисплеем, в котором отображается исследование цветных коррекционных фильтров для импульсного и постоянного света, при этом интенсивность постоянного света определяется в люксах. Дистанционный контроль цветовой температуры генераторов снабжается двухканальными инфракрасными передатчиками, создающими пуск. Приводится в рабочее состояние при помощи синхрокабеля, также используется и фотоэлемент.

Хроноскоп используется для астрономических исследований, научных разработок в области физики, экспериментальной биологии.

Цифровая индикаторная лампа

Представляет собой электровакуумный прибор, предназначенный для создания визуальной информации, полученной в форме знаков, преобразуя информацию в качестве светящихся знаковых изображений, например цифр.

Газоразрядные лампы с наличием небольшого количества катодов, каждый из которых представляет собой форму одного из отображаемых знаков, также в лампе имеется анод, являющийся сеткой. Газоразрядная цифровая индикаторная лампа заполняется неоном с использованием давления, соответствующего нескольким десяткам миллиметров рт. ст. Также для увеличения стабильности свойств применяется включение в лампу паров ртути.

Визуальная индикация знаков осуществляется катодным слоем тлеющего разряда, который образуется в результате напряжения, равносильного величине зажигания разряда, и происходит во взаимосвязи анода и одного катода. Цепь анода обеспечивается током, способным обеспечивать свечение, которое может полностью осветить поверхность катода.

Для переключения катодов предусмотрены коммутирующие приспособления, являющиеся механическими переключателями, реле, электромеханическими или электронными коммутаторами, также они могут оснащаться усилительными приспособлениями. Газоразрядные лампы производятся различных типов, отличаются электрическими параметрами, например рабочим током, напряжением зажигания, способностью отображать знаки различного размера. Также существуют лампы с торцевой или боковой индикацией, отличающиеся по своим размерам, по форме баллона и по другим свойствам.

Многозарядные цифровые индикаторные лампы представляют собой сочетание в одном баллоне некоторого количества индикаторов, разработаны для снижения размеров индикационных блоков.

Вакуумные цифровые индикаторные лампы основаны на катодолюминесценции для произведения индикации, также могут использоваться для создания такого типа ламп другие явления.

Отличаются долгим сроком службы, который может доходить до 10 000 ч, надежностью при эксплуатации, потреблением небольшой мощности при напряжении примерно в 100 В.

Недостатком газоразрядных цифровых индикаторных ламп считается отсутствие прямого координирования с низковольтными приспособлениями. Они разработаны на транзисторах и интегральных схемах в связи с возникновением высоких значений напряжений, необходимых для произведения управления лампой.

Основное место применения цифровых индикаторных ламп – это цифровые измерительные приборы, вычислительные приспособления, пульты управления.

Цифровой прибор

Представляет собой измерительный прибор, используемый для произведения измерения непрерывных физических величин, например силы тока, электростатического сопротивления, напряжения. Основан на автоматической трансформации непрерывных величин в дискретные сигналы, которые выводятся на цифровой индикатор в числовом выражении, соответствующем результатам исследования с заданной точностью.

Цифровые приборы оснащаются светодиодным дисплеем или вакуумным люминесцентным, а также жидкокристаллическим дисплеем. Приборы разработаны на основе микропроцессора, достаточно простой вариант цифрового прибора представляет собой сочетание микропроцессора с аналого-цифровым преобразователем на единой интегральной схеме.

Достаточно часто приборы подсоединяются к компьютеру, который выполняет функции переключения измерительных характеристик цифрового прибора, также управляет командами обработки данных.

Дискретизация сигнала по времени создается в результате быстрого измерения сигнала в нескольких моментах времени, затем производится сохранение полученных величин на время трансформации в цифровой вид. Исследуемые данные представляются на дисплее как кривая формой сигнала.

В результате возведения данных в квадрат появляется возможность определения времени нарастания, максимального значения, среднего значения относительно времени, частотного спектра. Временная зависимость дискретизации находится при помощи одного периода сигнала, а также с использованием последовательности повторяющихся этапов.

Аналого-цифровые преобразователи подразделяются на интегрирующие, последовательного приближения, параллельные. Интегрирующий аналогоцифровой преобразователь создает усреднение входного сигнала по времени, затрачивает на трансформацию от 0,001 до 50 с, погрешность определяется в диапазоне 0,1—0,0003%, считается самым медленным, но наиболее точным. Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения затрачивает время примерно 10 мкс – 1 мс, погрешность вычислений составляет 0,4—0,002%, преобразователи параллельного типа являются наиболее быстрыми из всех, поэтому способны производить трансформацию в течение 0,5 нс, при этом погрешность представляет собой диапазон 0,4—2%.

Цифровые приборы используются для измерения квазистатического значения величины, создавая его цифровую форму.

Частотомер

Частотомер – прибор, предназначенный для измерения частоты периодического процесса спектра сигнала, а также для нахождения частот гармонических элементов спектра сигнала.

Частотомеры подразделяются относительно способа, по которому производятся измерения. К такому типу относят устройства прямой оценки, такие как аналоговые, и приборы сравнительной оценки, например резонансные, гетеродинные и электронно-счетные частотомеры.

Различаются по физическому значению определяемой величины: синусоидальные колебания рассматриваются при помощи аналоговых приборов; частоты гармонических элементов определяются гетеродинными, резонансными и вибрационными частотомерами; для исследования дискретных явлений применяются электронно-счетные и конденсаторные устройства.

Также существует деление относительно конструктивного решения частотомера. Приборы могут представлять собой щитовые, переносные, стационарные конструкции.

Частотомеры предназначены для произведения электроизмерительных и радиоизмерительных работ, поэтому они могут рассматриваться как электроизмерительные частотомеры и радиоизмерительные частотомеры. Электроизмерительные частотомеры включают в себя аналоговые стрелочные частотомеры всевозможных системных решений, вибрационные, конденсаторные, электронно-счетные частотомеры; радиоизмерительные частотомеры – резонансные, гетеродинные, конденсаторные, электронно-счетные частотомеры.

Аналоговые стрелочные частотомеры подразделяются относительно входящего в них измерительного приспособления: электродинамические, электромагнитные, магнитоэлектрические.

Разработаны частотомеры такого типа на основе применения частотозависимой цепи, характеризуемой взаимодействием модуля полного сопротивления относительно частоты. В аналоговом устройстве предусмотрен измерительный механизм, в роли которого в основном выступает логометр. Логометр представляет собой устройство с двумя плечами, на одно плечо поступает определяемый сигнал, проходя частотонезависимую цепь, на второе сигнал поступает сквозь частотозависимую цепь. Также логометр оснащается ротором со стрелкой, который в результате взаимодействия магнитных потоков фиксируется в положении, показываемом отношением токов в обмотках.

Вибрационные (или язычковые) частотомеры относятся к устройствам с наличием мобильного компонента, представленного в виде комплекта упругих деталей, например язычков или пластин. Подвижные части включаются в резонансное колебание в результате воздействия на них переменным магнитным или электрическим полем.

Гетеродинные частотомеры разработаны на принципе исследования сравнения между частотами входного сигнала и частотой перестраиваемого генератора – гетеродина, используя метод нулевых биений.

Рабочее состояние идентично работе резонансного частотомера, описанного ниже.

Резонансные частотомеры созданы на рассмотрении сравнительных характеристик частоты входного сигнала и собственной резонансной частоты перестраиваемого резонатора, в роли которого могут выступать колебательный контур, отрезок волновода как объемный резонатор, четвертьволновой отрезок линии.

Цепочка действия следующая: контролируемый сигнал, проходя входные цепи, отправляется на резонатор, поступив на резонатор, сигнал, проходя детектор, отправляется на индикаторное приспособление, например гальванометр. Частотомер может оснащаться усилителями, которые усиливают чувствительную способность частотомера. Резонатор при помощи оператора настраивается относительно максимального значения индикатора, отсчет частоты производится относительно лимба настройки.

Электронно-счетные частотомеры очень широко примененяются, так как обладают широким диапазоном частот в пределах от долей герца до десятков мегагерц. Чтобы увеличить диапазон до сотен мегагерц и десятков гигагерц, частотомер оснащается вспомогательными блоками, которые характеризуются как делители частоты и переносчики частоты. Электронно-счетные частотомеры также отличаются универсальностью, достаточно высокой точностью. Частотомеры этого типа могут производить измерения периода движения импульсов, отслеживать промежутки времени, возникающие между импульсами, исследовать взаимодействие двух частот. Отмечено их применение как счетчиков численности импульсов. Электронно-счетные частотомеры могут производить работу, сочетая несколько способов измерения, например гетеродинный и электронно-счетный способы, при этом существенно расширяя диапазон измерения, создавая нахождение несущей частоты импульсно-модулированных сигналов.

Наипростейший частотомер изготавливается при помощи логических элементов одной микросхемы, прибор такого типа используется для измерения частоты переменного напряжения в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. В этом приборе роль входного элемента играет триггер Шмита, который трансформирует на входе переменное напряжение синусоидальной формы в импульсы прямоугольной формы равной частоты. Для работы триггера требуется наличие определенной амплитуды входного сигнала, которая не должна превышать пороговую величину. Шкала частотомера задается как общая для всех диапазонов измерения, к тому же практически равномерная. Необходимо задать начальную границу и конечную границу шкалы относительно всех диапазонов, в основном это поддиапазон 20—200 Гц, под который ориентируются частотные границы остальных двух поддиапазонов. Для поддиапазона 200—2000 Гц результат измерения, полученный при помощи шкалы, увеличивается в 10 раз, а для поддиапазона 20 кГц увеличение производится в 100 раз.

Для повышения чувствительности частотомера используется введение вспомогательного усилителя входного сигнала, в роли которого могут выступить маломощный полупроводниковый транзистор или аналоговая микросхема в виде трехступенчатого усилителя для видеоканалов телевизионных приемников, характеризуемых наличием большого коэффициента усиления. Частота может иметь синусоидальные, прямоугольные, пилообразные колебания, а также колебания другого вида. Колебания, проходя первый конденсатор, поступают на вход микросхемы, затем производится усиление на выходе микросхемой через второй конденсатор, и колебания отправляются на вход триггера Шмита. Еще один конденсатор включен для ликвидации внутренней отрицательной обратной связи, которая уменьшает усилительные характеристики микросхемы.

Частотомер для измерения КСВ предназначен для нахождения величин мощности, при прямой отраженной волне отображается стрелочными приспособлениями с наличием подсвечиваемой шкалы. Частотомер такого типа работает в режиме калибровки и режиме определения в результате демпфонирования индикаторов, осуществляя измерения флуктуирующих сигналов. Прибор есть объединение двух частотомеров, его задняя панель оснащена двумя парами разъемов, при этом одна пара ориентирована на произведение замеров КСВ, мощности в частотном диапазоне 1,8—160 МГц, вторая пара рассчитана на диапазон 140—525 МГц.

Частотомер на базе звуковой карты разработан для произведения измерения частоты звукового сигнала, который непосредственно подается на линейный вход звуковой карты.

Вибрационные и аналоговые частотомеры используются в качестве контролеров сети электропитания. Гетеродинные частотомеры применяются для создания и отслеживания настройки, эксплуатации, для контролирования над приемопередающими устройствами, для измерения несущей частоты модулированных сигналов. Электронно-счетные частотомеры используются для обслуживания, регулировки, диагностики радиоэлектронных устройств разнообразного направления, также применяются для произведения контроля рабочих состояний радиосистем, технологических процессов. Резонансные частотомеры служат для настройки, обслуживания, а также для произведения контроля над действием приемопередающих приспособлений и определения несущей частоты модулированных сигналов.

Часы

Часы – измерительный прибор, с помощью которого определяют текущее время – часы, минуты, секунды. Потребность знать время была всегда, и это способствовало созданию устройств для его определения. Самый первый прибор подобного рода появился уже за 3000 лет до н. э. – это были солнечные часы. Они представляют собой горизонтальный или вертикальный прямоугольный циферблат с пластиной-стержнем, тень от которого и показывает время на этом циферблате. Первые часы в древности имели, как правило, горизонтальные циферблаты. В Средние века стали отдавать предпочтение вертикальным. Следующими после солнечных были изобретены водяные и песочные часы, это было преимуществом, так как солнечные могли показать время только днем, и то в солнечную погоду. Водяные же часы показывали время и днем, и ночью, но не очень точно. Конструкция водяных часов – это сосуд с временной шкалой, в сосуд капала вода из другой емкости, и повышение уровня воды показывало на шкале время. Но измерить время можно не только поступательным или вращательным движением, но и колебательным движением, и время будет отсчитываться по числу колебаний. Первые механические часы были изобретены в XIV в., они имели шпиндельный механизм с гирями, у них была только одна часовая стрелка, и они тоже не обладали точностью хода. В XVI в. в Германии появились карманные часы, также со шпинделем, но вместо гирь с пружиной, имевшие неточные показания. Механические маятниковые часы создал в 1657 г. Х. Гюйгенс, что сделало отсчет более точным. В 1675 г. в Великобритании У. Клемент использовал крючковой механизм вместо шпиндельного, Дж. Грагам – анкерный механизм. В 1675 г. Гюйгенс изобрел балансовый регулятор. Устройство представляло собой систему, состоящую из колеса-баланса и спирали. Баланс – колесо на стальной оси, к которой прикреплена спираль-пружина одним концом, другой ее конец крепится к опоре, которая неподвижна. Эта балансовая система, совершающая колебательные движения вокруг своей оси, и период ее колебаний определен инерцией баланса и жесткостью пружины. Это устройство обладало надежностью в эксплуатации и достаточной точностью. В середине XVIII в. с изобретением свободного анкерного механизма повысилась точность часов. Но в балансовых часах со стальной спиралью на погрешность влияет температура воздуха, что составляет 11 с за сутки. В XVIII в. в балансовой системе П. Леруа использовал компенсационные грузы для устранения температурной зависимости. В России созданием часовых устройств занимались известные изобретатели Т. И. Волосков, Кулибин, И. П. Носов, Д. И. Толстой. В конце ХК в. Ш. Э. Гильом изобрел специальные материалы с минимальным термоэластичным коэффициентом, что делало влияние температуры практически несущественным. Для часовых маятников этот материал назывался инвар, для спиралей – элинвар.

Современные часы различаются по назначению и по типу колебательной системы.

По назначению часы бывают и бытовыми, и специализированными. Бытовые – это настольные, настенные, наручные, карманные; специализированные – это дорожные, подводные, антимагнитные, сигнальные, программные, процедурные, табельные, астрономические. Типы колебательных систем – это балансовые, камертонные, маятниковые, кварцевые, квантовые.

Механические часы. Конструкция включает систему зубчатых колес, двигатель, пружину, спусковой механизм, стрелочный механизм, механизм заводки – барабан-регулятор. Часы имеют часовые, минутные и секундные стрелки. Есть модификации, которые показывают числа, дни, месяцы, есть конструкции, имеющие дополнительный завод в виде качающегося груза, который качанием и заводит пружину.

Современные часы обладают точностью хода.

Первые электромеханические часы появились в первой половине XIX в. Они были балансовыми или маятниковыми, завод осуществлялся с помощью электромагнита. Швейцарские конструкторы Л. Бреге и М. Гипп применили электропривод, который управляет балансом или маятником. Двигатель часов – колебательная система. В середине ХХ в. были сконструированы электромеханические балансовые часы с механическими контактами. Самые современные конструкции имеют интегральные микросхемы и отличаются высокой надежностью и точностью.

Электронно-механические часы. Работой их шагового двигателя управляют электрические импульсы, имеют высокочастотные кварцевые осцилляторы. В конце ХХ в. такие часы производились во многих странах – в Японии – Seiko, в США – «Гамильтон», «Омега», в Швейцарии – Patek Philippe Ebauches. Кварцевый генератор имеет высокую устойчивость к температурным и динамическим воздействиям, что делает эти часы высокоточными.

Электронные часы стали выпускаться в конце ХХ в. Они имеют кварцевый генератор на жидких кристаллах, счетчик, дешифратор. Существуют конструкции со стрелочной и цифровой индикацией.

Часы имеют различную точность в зависимости от их назначения: атомные – 1013 с, маятниковые – 1011 с, кварцевые – 108 с, наручные кварцевые – 2 с, балансовые – 15 с, механические – 5—60 с, будильники – 1,5 мин.

Астрономические часы используются для астрономических наблюдений, обладают высокой точностью. Астрономия – древняя наука, и других часов, кроме солнечных, у нее не было. В 1657 г. Х. Гюйгенс изобрел маятниковые часы, которые использовались для астрономических целей. Но длина маятника может меняться в зависимости от температуры, что делает измерение неточным. Для устранения этого влияния маятники изготавливают из специальных материалов, и сами часы изготавливают в специальных камерах. Самые точные механические астрономические часы – это маятниковые часы Федченко. И в конце ХХ в. появились кварцевые, дающие большую точность, чем все другие конструкции.

Часы (прибор)

Часы – прибор для измерения промежутков времени с периодической последовательностью заданной продолжительности, измеряются в единицах, не превышающих одни сутки, начиная с 3/4 с.

Часы подразделяются по размеру и портативности на башенные, карманные, настольные, настенные, наручные. Также часы рассматриваются относительно механизма измерения, и поэтому существуют следующие типы: астрономические, атомные, водяные, кварцевые, огненные, песочные, солнечные, электронные часы.

Астрономические часы относятся к часам, независимым от погодных условий, например изменчивости температур, давления, влажности воздуха, а также от непредвиденных механических воздействий, срока службы механизма осей часов, применяемых смазочных средств, молекулярной трансформации частей часов. Типы астрономических часов:

  1) постоянные, оснащаются гирями, выполняющими функции движущей силы, роль регулятора движения выполняет маятник;

  2) переносные, характеризуемые наличием пружины, постепенное развертывание которой образует силу упругости, создающую движение в часах, регулируются при помощи колебаний упругой и тонкой спирали в соединении с балансом.

Кварцевые часы относятся к электронно-механическим часам, которые созданы на основе сегнетоэлектрического эффекта, на характеристике кристаллов кварца подвергаться деформации при влиянии внешнего электрического поля, а также возможности образования заряда в результате механической деформации. Кристалл кварца обладает особенностью стабильно генерировать колебания, для которых свойственно наличие высокой стабильности во времени и температуре. Конструкция кварцевых часов представляет собой наличие источника энергии, т. е. элемента питания, электронного генератора, обеспечивается счетчиком делителя, предусмотрен выходной каскад усилителя, нагруженного на катушку синхронного электромотора, создающего движение стрелки, которое происходит сквозь систему зубчатых колес.

Механические часы состоят из двигателя, передаточного механизма зубчатых колес, регулятора для равномерного движения, распределителя, иначе называемого спуском. Распределитель производит передачу толчков от двигателя к регулятору, толчки являются источником движения регулятора. Также распределитель контролирует движение передаточного механизма, поэтому служит контрольным фактором отслеживания закономерного движения регулятора, исполняющего функцию измерения времени. Счетчиками единиц времени, которые отсчитываются регулятором, являются зубчатые колеса в соединении со стрелками циферблата. Масштабом для рассмотрения интервалов времени является равномерное суточное вращение Земли вокруг оси.

Главным образом единица времени задается секундой, что составляет 1/86 400 часть от суток. В механических часах регулятор настраивается таким образом, чтобы пройденные интервалы времени соответствовали целой секунде, половине секунды, четверти или пятой части секунды. В случае отмеривания регулятором не заданных интервалов времени, а меньших, срабатывает счетчик, который покажет в заданном периоде времени превышающее число интервалов времени, в этом случае происходит как бы движение механических часов быстрее истинного времени, при показывании уменьшенного числа интервалов получается запаздывание часов. При установленном начальном моменте суток закладывается понятие поправки часов. Поправка положительна, если часы отстают; если часы спешат, то поправка отрицательна. Ход часов определяется в качестве изменения поправки часов в фиксированный интервал времени, положительным ход считается в случае отставания часов, отрицательным – в случае опережающего движения часов. Ход обусловливает погрешности, которые отмеряются регулятором интервалов времени относительно установленной единицы времени. Поправка относится к условной величине, которую возможно исправить в результате нехитрого действия перевода минутной стрелки часов, поэтому поправка может составлять менее мин. Главной особенностью механических часов считается постоянство хода.

Первые огненные часы отмечены в Китае. Конструкция часов включала в себя спираль, состоящую из горючего материала, на которую устанавливались в подвешенном состоянии металлические шарики. Вместо спирали могли браться палочки. В результате горения материал сгорал, и шарики, падая, попадали в фарфоровую вазу, установленную под ними. При соприкосновении шарика и вазы получался звон. Огненные часы, используемые в Европе, создавались на основе свечей с метками, которые представляли собой своеобразную шкалу равномерных меток. Заданный отрезок между метками принимался за установленную единицу времени.

Песочные часы созданы на принципе прохождения точно откалиброванного речного песка сквозь отверстие, соответствующее размеру одной песчинки. Состоят из двух частей, которые объединяются перешейком с отверстием для пересыпания из одной части в другую песка, при этом отверстие задано размером в одну песчинку. Части для поступления песка изготавливались в виде чаши, заполнение которых обусловливало определенный промежуток времени. Для того чтобы происходило непрерывное исчисление времени, песочные часы необходимо переворачивать при полном заполнении одной из частей.

Солнечные часы разработаны на основе отбрасывания тени предметов в результате освещения объектов солнечным светом и определения солнечного пути как эталонного значения для различных промежутков времени. Однако для таких часов необходимо учитывать поправки на широту местопребывания солнечных часов.

Электронные часы разработаны на принципе считывания периодов колебания от стабильного кварцевого генератора при помощи счетчиков делителей, полученные значения отправляются на электронный дисплей, где мы их можем увидеть. Дисплеи могут быть электро-люминисцентно-вакуумными, светодиодными, жидкокристаллическими. Вначале часы такого типа изготавливались на отдельных лампах, модернизация позволила перейти к производству на основе транзисторов, а затем и микросхем.

Наручные электронные часы оснащались светодиодными дисплеями, их недостатком являлось большое поглощение питания светодиодами, поэтому был сделан переход к жидким кристаллам, для которых свойственны ориентирование во внешнем электрическом поле и возможность пропускания света при наличии одного направления ориентации.

При внедрении света от внешних источников между двумя поляризаторами впитывается системой «поляризатор – жидкий кристалл – поляризатор – отражатель». При влиянии электрического поля создается компонент изображения, что позволяет сократить потребление энергии и увеличить срок эксплуатации элементов питания. Современные модели электронных часов обеспечиваются микроконтроллером. Часы разрабатываются с большим количеством вспомогательных функций. Например, в часах предусматривается наличие будильника, календаря, возможность воспроизведения заданного количества мелодий. Микроконтроллер основан на считывании периода колебания кристалла кварца. Созданы электронные часы, работающие относительно подсчета периодов частоты сети, от которой часы потребляют энергию. Существуют стандарты стабильности частоты, однако в результате колебания нагрузки возможно модифицирование частоты, поэтому точность часов такого типа не определяется как нормальная, являющаяся достаточной для большинства людей.

Шагомер

Шагомер – прибор для измерения количества шагов, пройденного расстояния, затраченной в результате движения энергии, т. е. количества затраченных калорий и количества «сожженного» жира.

Точность измерений современных приборов не зависит от его местонахождения, например когда он положен в карман или находится на шее. Также он не зависит от скорости движения, поэтому применяется как при беге, так и при ходьбе. Некоторые модели шагомеров обеспечиваются звуковым синхронизатором шагов, хронометрами, часами.

Шагомер для основного шага цилиндрических зубчатых колес измеряет основной шаг цилиндрических колес, как прямозубых, так и косозубых, внешнего зацепления. Шагомеры такого типа изготавливаются для моделей 1,75—10 мм, для моделей 8—16 мм, для моделей 16—36 мм. Измерения основаны на обкатывании основного шага по всем общим нормалям, т. е. линиям зацепления, двух профилей на их рабочих площадях.

Штангенинструмент

Представляет собой универсальный инструмент, используемый для произведения измерений с высокой точностью наружных и внутренних размеров деталей, изделий, для измерения глубин отверстий.

Инструмент характеризуется наличием измерительной линейки или штанги с нанесенной шкалой с делениями в миллиметрах. Также на одном конце обеспечивается неподвижной измерительной губкой. Предусмотрена и вторая губка, которая соединяется с подвижной рамкой со шкалой-нониусом, что позволяет совершать отсчет расстояния между губами, точность отсчета составляет доли миллиметра.

Штангенциркули от 0 до 2000 мм представляют собой штангенциркули с цифровой индикацией, с часовой индикацией и глубиномеры.

К штангенциркулям с цифровой индикацией относятся электронные штангенциркули. В таких моделях предусмотрена абсолютная защита от попадания жидкости или частиц твердых тел. Отличаются хорошей надежностью в результате двойной защиты от усилия измерения:

  1) основные части конструкции подвергаются эффективной инкапсуляции, что помогает предупредить попадание пыли, металлических частиц, капель воды и масла во внутреннюю часть инструмента;

  2) оснащаются электронной измерительной системой такого типа, которая характеризуется свойством невосприимчивости от влияния на нее магнитных полей и жидкостей.

Электронные штангенциркули с магнитными делениями показывают себя в эксплуатации как измерительные системы высокой работоспособности для применения в различных условиях. Для приборов характерны надежность, точность и доступность в обращении с ними. Приборы оснащаются дисплеями, на которые выводятся исследуемые значения.

Некоторые модели изготавливаются из железосодержащего сплава и нержавеющей стали, при этом губки измерения наружных размеров покрываются нитридом титана, вес таких моделей небольшой, измерения производятся в пределах 150, 200, 300 мм. Также разработаны модели электронных штангенциркулей с наличием радиусных поверхностей, которые применяются для измерения внутренних размеров; при оснащении инструмента измерительными поверхностями в виде ножей производят измерения как внутренних, так и наружных размеров.

К штангенциркулям с часовой индикацией относятся циферблатные штангенциркули. Для таких моделей свойственны жесткая конструкция, противоударный дизайн, они отличаются простотой фиксирования исследуемых значений и высокой точностью, считаются идеальным инструментом для работы в мастерской. В моделях предусмотрен ползун с металлическим или пластиковым циферблатом. Для измерений в пределах 200, 300 мм они обеспечиваются приводным колесиком. Некоторые циферблатные штангенциркули представляют собой сочетание штанги, изготовленной из легких сплавов, и ползуна из нержавеющей стали. Также измерительные поверхности губок покрываются нитридом титана, что позволяет перейти к измерению наружных размеров. Пределы измерений определяются для таких моделей в 200, 300 мм.

Штангенглубиномеры – штангенциркули, не оснащенные неподвижной измерительной губкой, используются для измерения глубины отверстий и пазов. Представляют собой электронные измерительные приборы со съемными измерительными мостиками, также могут быть с укороченными измерительными поверхностями или фиксированными измерительными губками.

Существуют модели, оснащенные поворотной упорной пластиной и съемным мостиком. К ним относятся и небольшого размера штангенциркули с измерительной иглой, глубиномеры с нониусным отсчетом.

Горизонтальные и вертикальные шкальные индикаторы с цифровой индикацией, относящиеся к глубиномерам, способны закрепляться практически на всевозможных узлах зажимных устройств, на приспособлениях, осуществляющих настройку инструмента, на станках и при этом производить измерения. Они обеспечиваются гибким монтажом, чтобы закрепляться в любом положении. Стоит отметить среди глубиномеров штангенциркули, используемые для разметки, оснащаемые широкой подвижной губой в качестве опорной поверхности. Инструмент также способен производить измерение глубины, для этих целей используется обратная градуировка штанги.

Штангензубомер является прибором, который применяется для произведения измерения толщины зуба зубчатого колеса на расчетной глубине, разработан как соединение штангенглубиномера и штангенциркуля.

Штангенрейсмас – инструмент, используемый для измерения высоты и разметки, оснащается вместо неподвижной измерительной губки массивным основанием, для подвижной рамки с нониусом предусмотрена державка, выполняющая функцию крепления разметочных ножей. В случае разметки применяется чертилка. Также при произведении измерений могут употребляться специальные измерительные губки или головки.

Щуп

Представляет собой измерительный прибор, предназначенный для точного измерения геометрических характеристик объектов. С помощью прибора определяются малые расстояния, не превышающие толщины бумаги.

Довольно часто используются комплекты пластинок-щупов, которые описываются как плоские и клиновые. Разработаны на основе прохождения или непрохождения щупа. Для измерения щупы помещаются в зазор по очереди, до тех пор, пока не достигается момент непомещения в зазор ни одной пластинки. Клиновый щуп необходимо с осторожностью поместить в зазор до момента его остановки, затем нужно зафиксировать толщину щупа. Варианты указаны на лицевой стороне прибора.

Эвольвентомер

Эвольвентомер – измерительный прибор для определения погрешностей эвольвентного профиля зуба зубчатого колеса в сечении, которое находится перпендикулярно оси колеса.

Прибор создан на сравнении теоретической эвольвенты, которая создается эвольвентомером, с эвольвентой, образуемой при реальных условиях. Приборы разрабатываются различных типоразмеров, измеряют профиль зуба колес при наличии основных окружностей диаметром в диапазоне 40—1250 мм наружного и внутреннего зацепления. Винтовая линия косозубых зубчатых колес находится при помощи вспомогательного приспособления, созданного с учетом возможности движения измерительного наконечника, используемого для регистрации, по оси исследуемого колеса, учитывающего поворот. Итоги проведенных измерений подвергаются регистрации при помощи самописца, также могут использоваться импульсные преобразователи и ЭВМ.

Принципиальная деталь механизма, отвечающая за создание эвольвенты, подразделяет эвольвентомеры на универсальные и индивидуально-дисковые.

Индивидуально-дисковые приборы оснащаются сменными дисками, диаметр дисков должен соответствовать диаметру основной окружности исследуемых колес, при помощи дисков создается исследуемая кривая. Индивидуально-дисковые эвольвентомеры относятся к наиболее точным приборам.

Универсальные приборы обеспечиваются специальным приспособлением, которое необходимо установить на определенные радиусы основной окружности.

Широкое распространение приобрели эвольвентомеры с наличием механизма обката, который обеспечивается диском постоянного диаметра, рычажно-ленточной передачей, также может оснащаться механизмом с постоянным эвольвентным копиром и рычажной передачей.

Эклиметр

Название этого измерительного прибора произошло от греческого слова ekklino, означающего «отклоняю», и слова «метр». Представляет собой портативный геодезический прибор, предназначенный для произведения измерения углов наклона на местности.

Электрические часы

Первые электрические часы были представлены в 1839 г. Штейнгелем, в 1840 г. такие часы были созданы Бэйном и Витстоном.

Родоначальником конструирования электрических часов, конструкторское решение которых отличалось от классических шестеренчатых часов, считается Александр Бэйн (1811—1877) из Эдинбурга, на его счету и изобретение электромеханического печатающего телеграфа. Патент на электрические часы Бэйном был получен в 1840 г. Часы состояли из механических часов, которые приводились в действие пружиной, однако индикатор времени был разработан на основе суммирования электрических импульсов, которые поступали от маятника часов. Спустя более 5 лет изобретателю удалось завершить создание электрических часов, в которых главным механизмом служил электрический контакт, задействовавшийся от перемещения часового маятника, который двигался благодаря импульсам электромагнита, при этом был введен электромагнитный счетчик, отвечающий за подсчет числа колебаний. Счетчик, в свою очередь, находился в сочетании со стрелками циферблата.

Все классы электрических часов оснащаются электромагнитным устройством, которое обеспечивает индивидуальную функцию каждого класса электрических часов.

Электрические часы поделены на четыре класса:

  1) часы, оснащенные электрическим приводом;

  2) часы с наличием электрической регулировки;

  3) часы, характеризуемые электрической перестановкой стрелок, также получившие название вторичных, или симпатических, часов;

  4) часы, созданные с электрическим заводом.

Конструкция «главных» часов, представляющих собой сочетание часов первого и второго классов, характеризуется как обыкновенные маятниковые часы, у которых отсутствует гиревой или пружинный завод, место пружинного завода занимает электромагнит. Функция электромагнита заключается во влиянии на маятник часов, при этом производя его притягивание в определенном порядке, например часы Бэна, Вира, Гиппа, Ребичека, Фери, также прибор может приводить маятник к вращательным движениям, что характерно для часов Тюри. Электромагнит используется в качестве фактора воздействия на особую пружину, которая, производя натягивание, приводит маятник в действие, заставляя его колебаться (например, часы Кампиша, Удэн-Детуша). Также влияние может действовать на гирьку, создавая двигательную способность маятника, используется в часах Арнольда. Для того чтобы маятник притягивался, пружина натягивалась, а гирьки поднимались в нужный момент, необходимо создать в установленный момент прерывание и восстановление цепи тока, который движется по обмоткам электромагнита. Эта функция отводится маятнику, оснащенному специальным устройством, создающим периодические замыкания и размыкания.

Часы с электрической регулировкой оснащаются электромагнитом, производящим переставление стрелок часов в заданных интервалах времени таким образом, чтобы показания часов находились в соответствии с нормальными часами. Например, интервалом может служить 1 ч. В заданные моменты времени нормальные часы ориентированы на создание замыкания цепи электромагнитов регулируемых часов, имеющих якоря для притягивания электромагнитов, вследствие чего производится фиксирование стрелок. В часах такого типа используются методы регулировки Брэгэ, Лунда, Гефнер-Альтенека, Коллина, Оснаги, Дюмон-Лепанта, Майргофера, Джонса, Ульбрихта и др.

Широкое распространение приобрела система Джонса, замыкание цепи тока в определенные моменты осуществляется при помощи ртутного контакта Криле, состоящего из магнита, к которому присоединен горизонтальный стержень, с тонкими слюдяными листочками на концах, которые устанавливаются между сосудов, заполненных ртутью и имеющих боковые отверстия. В случае установления маятника в крайне левое или правое положения происходит отхождение листочков от отверстий, и ртуть, устремляясь из сосудов, создает сообщение между всеми сосудами с ртутью. В это же время ток отправляется в линию, продвигаясь по обмоткам электромагнитов регулируемых часов, в результате всех этих действий происходит перестановка стрелок, а также осуществляется завод часов.

Симпатические (или вторичные) электрические часы относятся к часам, характеризуемым как простые указатели времени, которые не оснащаются обыкновенным часовым механизмом. Разработаны на основе замыкания цепи тока через установленный интервал времени, например мин или с, передвижение стрелок создается электрически, относительно заданного промежутка. Якоря электромагнитов объединены со стрелками часов, замыкание образуется при помощи нормальных часов, отличительной особенностью которых является наличие контактного прибора. Точность вторичных часов находится в зависимости от верного хода нормальных часов. Качество нормальных часов должно быть высоким, они обеспечиваются компенсационными или ртутными или ферроникелевыми маятниками Рифлера, которые отвечают за устранение воздействия температуры, а также вспомогательными устройствами, разработанными для создания верного хода. Питание электромагнитов осуществляется от обыкновенных батарей первичных элементов, например гальванических, и вторичных элементов, например аккумуляторов. Разработана система часов, использующая для перемещения стрелок часов утилизацию индукционных токов, которые производятся магнитоэлектрической машиной, которая работает от нормальных часов без контактного устройства. Определенные промежутки времени регулируются при помощи спускающейся гири. Симпатические системы были разработаны Брэгэ, Гиппом, Грау, Джонсом, Шпором, Кезелем, Бомейером, Меллером, Сименсом и др. Во вторичных часах в основном используются системы Гиппа и Грау.

Широкое распространение получили вторичные часы, следующую ступень популярности заняли часы, которые представляют собой гибрид часов с электрическим приводом и часов с электрической регулировкой, получившие название главных часов. В основном используются электрические часы главного типа, разработанные швейцарским конструктором Гиппом.

Электрический счетчик

Электрический счетчик – измерительный прибор, созданный для нахождения электроэнергии, которая уходит в сеть или потребляется от сети за четко установленный период времени.

Электродинамический прибор

Представляет собой прибор, разработанный на реакции магнитных полей неподвижной катушки и подвижной катушки, находящейся внутри неподвижной катушки.

Вращение прибора такого типа основано на неподвижной катушке, в которую устанавливается подвижная катушка. В результате воздействия магнитных полей двух катушек получается принцип работы электродинамического прибора. Неподвижная катушка состоит из двух частей, каждая из которых пропускает через себя ток. Неподвижная катушка пропускает сквозь себя ток, отличный от тока неподвижной катушки, при этом ток подвижной катушки подходит благодаря спиральным противодействующим пружинам или растяжкам. Величины, получаемые с помощью электродинамических приборов, являются пропорциональными произведению токов, которые проходят через катушки. В приборах такого типа градуировка шкалы для постоянных токов равносильна градуировке и для переменных токов.

Показания, предоставленные электродинамическими приборами, можно подвергнуть перемножению, получая определение мощности. Измерения этими приборами отличаются небольшой погрешностью. Однако прибор обладает малой чувствительностью, питается большим количеством энергии, при работе с прибором нельзя производить перегрузки.

В цепях постоянного и переменного тока, частота которых 50, 400, 1000, 2000 Гц, используются электродинамические приборы, например амперметры и вольтметры.

Электроизмерительный прибор

Представляет собой прибор, используемый для произведения измерения напряжения, силы постоянного и переменного тока, для нахождения сопротивления и всевозможных электрических величин. Приборы такого типа получили широкое распространение для проведения установочных и ремонтных работ, для обслуживания радиоаппаратуры, электрооборудования, автоматических и вычислительных устройств, приборов связи.

Электромагнитный прибор

Электромагнитный прибор – прибор, созданный на основе взаимодействия магнитного поля катушки с маневренным ферромагнитным сердечником.

Индуктивность катушки в результате перемещения сердечника изменяется. Отклонение указателя находится в пропорциональной зависимости от квадрата определяемого тока.

Электромагнитные приборы используются для измерения постоянного и переменного токов.

Постоянный ток градуируется в соотношении со среднеквадратическим действующим значением переменного тока.

Вращение создается при помощи узла, который представляет собой плоскую или круглую катушку с проходящим по ней исследуемым током, а также сердечник, который фиксируется на оси указателя. Изготавливаются щитовыми приборами классов 1,5 и 2,5; для рассмотрения дискретных частот в 50, 200, 800, 1000, 1500 Гц. Созданы приборы, имеющие класс 1,5 и 1,0.

Положительными свойствами являются простота конструкции, надежность при эксплуатации. Однако приборы такого типа отличаются малой чувствительностью, повышенным потреблением мощности, нелинейностью шкалы, при измерениях создают достаточно большие погрешности.

Электромагнитные приборы используются для определения токов, напряжений, которые находятся в сильноточных цепях переменного и постоянного токов, характеризуемых промышленной частотой в 50 и 400 Гц.

Электрометр

Электрометр – прибор, служащий для произведения измерения разности потенциалов.

Первый в мире электрометр был создан в 1752 г. М. В. Ломоносовым и Г. В. Рихманом, которые использовали его для исследования атмосферного электричества. Прибор включал в себя металлический стержень, пеньковую нить, которая подвешивалась к металлическому стержню, и шкалы.

Современные электрометры представляют собой металлический корпус с наличием двух стеклянных стенок. Верхняя крышка оснащена эбонитовой пробкой, в которую вставляется металлический стержень, на конце которого расположен шарик. Нижняя часть стержня обеспечивается легким алюминиевым листочком или стрелкой.

Для произведения исследований необходимо металлический корпус заземлить, что позволяет корпусу прибора принять нулевой потенциал, так как потенциал Земли условно принимается за нуль. В случае соединения стержня прибора с заряженным телом определенного потенциала стержень принимает тот же потенциал. Между стержнем и заземленным корпусом электрометра будет существовать электрическое поле, под влиянием которого алюминиевый листочек или стрелка отклонятся не некоторый угол. Поле в электрометре становится все больше, угол отклонения увеличивается при возрастании величины разности потенциалов между стержнем и корпусом. Измерение разности потенциалов в вольтах производится при помощи градирования эталонами, в качестве которых используются специальные батарейки.

Электрометрическая лампа

Представляет собой приемно-усилительную электронную лампу, применяемую в качестве увеличения и определения очень малых постоянных токов в цепях с достаточно высоким электрическим сопротивлением.

Конструкция такого типа лампы определяется как одинарный или двойной триод, тетрод, а также пентод. Оснащается оксидным катодом, имеющим прямой или косвенный накал. Электрометрическая лампа характеризуется наличием высокого входного сопротивления, соответствующего условиям создания малых токов управляющей сетки, учитывая отрицательный потенциал. Итоговая величина сопротивления электрической изоляции сетки приводит к образованию сеточного тока в лампе. Также свое влияние на создание сеточного тока оказывают ионизация остаточных газов, находящихся в баллоне лампы; термоэлектронная эмиссия сетки; фотоэлектронная эмиссия на поверхности сетки, получаемая в результате внешнего освещения, теплового излучения нагретого катода при помощи рентгеновских лучей, образующихся в результате тормозного процесса на аноде электронами. Для снижения сеточного тока используется снижение температуры катода до 750—800 К и анодного напряжения таким образом, чтобы полученные величины не превышали потенциал ионизации остаточных газов, в основном доводя до 10—12 В. Также прибегают к снижению масштаба управляющей сетки и созданию для нее высокой электрической изоляции. Фотоэлектронная эмиссия препятствует созданию малых сеточных при необходимых значениях важнейших особенностей электрометрической лампы, к которым относятся крутизна сеточной характеристики, а также коэффициент усиления.

Найденные значения тока лампы такого типа располагаются в пределах 100; для полуэлектрометрической лампы, получившей название логарифмической электрометрической лампы, характеризуемой получением на выходе сигнала, являющегося пропорциональным логарифму входного тока, диапазон исследуемых значений может составлять примерно 108.

Электрометрическими лампами оснащаются радиоизмерительные приборы и электроизмерительные устройства.

Электроскоп

Электроскоп – прибор, предназначенный для нахождения наэлектризованности тела. Разработан на принципе закона взаимодействия зарядов, который гласит, что одноименные электрические заряды взаимно отталкиваются, а разноименные электрические заряды взаимно притягиваются. Впервые электроскоп был создан русским ученым Г. В. Рихманом, являвшимся соратником и другом М. В. Ломоносова.

Простейший электроскоп представляет собой стеклянную банку, которая закрывается изолирующей пробкой из резины или эбонита, через пробку пропускают металлический стержень с шариком на верхнем конце.

Нижний конец стержня оснащается легкими листочками из папиросной бумаги или алюминия, которые заряжаются исключительно одноименными зарядами.

Результат их расхождения показывает заряжение тела, при этом полученный угол расхождения свидетельствует о величине заряда на электроскопе.

Используется для разнообразных электрических измерений.

Электростатический прибор

Электростатический прибор – прибор, разработанный на принципе влияния двух электрически заряженных тел.

Представляет собой две пластины, одна является неподвижной, вторая – подвижная, к каждой из пластин прикладывается исследуемое напряжение. Шкала градуируется относительно постоянного напряжения, является равносильной для действующего переменного напряжения различного вида. В системе задается противодействующий момент при помощи спиральной пружины или веса подвижной пластины. Приборы обладают большим диапазоном часто исследуемых напряжений (примерно до 30 МГц), высоким пределом напряжений (около МВ). Отрицательными качествами являются небольшая чувствительность, недостаточная надежность, нелинейность шкалы, зависимость от воздействия окружающей среды, например температуры и внешнего электрического поля. Электростатические приборы могут использоваться для произведения измерения постоянного и переменного напряжения. Приборы изготавливаются в качестве щитовых, переносных вольтметров и киловольтметров для цепей постоянного и переменного тока с диапазоном частоты от 0 Гц до 30 МГц.

Электрохимический преобразователь

Представляет собой прибор автоматики, измерительной, вычислительной техники, разработанный относительно принципов, которые свойственны для электрохимических процессов и явлений.

В основу прибора могут закладываться исследования: электрокинетические явления, анодное растворение, концентрационная поляризация электродов, катодное электроосаждение и другие электрохимические процессы.

Электрохимический датчик механических колебаний, созданный на принципе концентрационной поляризации, является электрохимической стеклянной или фторопластовой ячейкой. Ячейка наполняется раствором с окисленной и восстановленной формой любого вещества, например ионы, у которых концентрация восстановленной формы превышает концентрацию окисленной формы от 10 до 100 раз. В случае включения в ячейку двух инертных электродов с разными размерами поверхностей величина электрического тока ограничивается процессами массопереноса вещества, которое реагирует относительно микроэлектрода. Получаемые механические колебания корпуса устройства относительно оси чувствительности трансформируются в колебания электролита при рассмотрении относительно микроэлектрода, что повышает гидродинамический перенос взаимодействующего вещества к микроэлектроду, и реакции, которая протекает на нем. Поэтому постоянный фоновый ток пополняется переменной частью тока, характеризуемой наличием данных о внешнем механическом влиянии. Передаточные функции преобразователя, которые отвечают за объединение воздействия и входного сигнала, рассматриваются импедансными свойствами, в которые определен и перекрестный импеданс.

Электрохимический преобразователь перепада давления, линейных и угловых ускорений разработан на электрокинетических явлениях. Пористую капиллярную стеклянную, керамическую перегородку наполняют органической жидкостью, в основном ацетоном. При этом на поверхности капилляров образуется двойной электрический слой, диффузная часть которого при тепловом движении располагается в жидкости, а также может двигаться по поверхности капилляров наряду с жидкостью. В случае наложения перепада давления на перегородку электрический заряд диффузной части двойного электрического слоя уводится движущей жидкостью, а ионный ток устанавливается электродами, которые находятся с двух сторон пористой перегородки. Приборы, которые разрабатываются на принципе электрокинетического явления, в соотношении с приборами, созданными на основе концентрированной поляризации, характеризуются достаточно высоким частотным диапазоном (более 500 Гц) и высоким внутренним электрическим сопротивлением.

К приборам на анодном растворении или катодном электроосаждении относится ртутный кулонометр. Он состоит из прозрачного капилляра, содержащего два столбика ртути, между которыми находится солевой раствор. В случае пропускания через кулонометр тока, на одном из ртутных столбиков, являющимся анодом, отмечается ионизация ртути. На втором столбике, являющемся катодом, отмечается восстановление солей до металла, поэтому объем электролита между электродами движется по капилляру к аноду на величину, которая пропорциональна интегралу тока относительно времени прохождения. Такими устройствами оснащаются приборы для измерения времени наработки, счетчики ампер-часов, приспособления, ориентированные на установление времени. Созданы кулонометры с полным зарядом 3 Кл, способные работать при температуре от -30 и до +70 °C, погрешность производимого интегрирования составляет 2%. В водородном кулонометре в результате прохождения тока на катоде происходит протекание разряда ионов водорода, а на аноде протекает ионизация молекул водорода. В результате образуется перенос газообразного водорода сквозь пористую перегородку, которая насыщается серной кислотой. После переноса из анодной части электродной камеры в катодную получается разность давлений, способная переместить индикаторную жидкость к анодной части на величину, пропорциональную числу пройденного электричества. Счетчик ампер-часов постоянного тока, предназначенный для определения числа электричества в результате заряда и разряда аккумуляторных батарей, характеризуемый пределом трансформации 35 000 А × ч с погрешностью 4%, использует водородный кулонометр.

Дискретные интеграторы представляют собой устройства для интегрирования тока, вычисления количества импульсов, в основу которых закладывается принцип электрохимических интеграторов с дискретным считыванием. Элементарные дискретные интеграторы состоят из герметической ячейки, в которую устанавливаются два серебряных электрода. Она заполняется раствором NaCl. Один электрод, являющийся электродом-складом, покрывается тонким слоем AgCl и соединяется с отрицательным полюсом источника тока. Второй электрод, являющийся рабочим электродом, подсоединяется к положительному полюсу источника тока. Рабочий электрод создает стадию заряда дискретных интеграторов AgCl, первый же электрод восстанавливает AgCl до металлического серебра, при этом на рабочем электроде образуется пропорциональное количество интегралу тока относительно времени прохождения. В случае смены полярности тока, проходящего сквозь дискретный интегратор, на рабочем электроде происходит восстановление, а на электроде-складе образуется разряд. В результате полного восстановления на рабочем электроде происходит скачкообразный подъем напряжения на дискретном интеграторе (до 0,7—1 В). Для остановки прохождения тока сквозь дискретный интегратор применяются приспособления, основанные на скачке напряжения в конце разряда.

В случае проведения разряда постоянным током получается время, которое до скачкообразного подъема напряжения является пропорциональным числу вещества на рабочем электроде. Количество электричества, которое поступает при интегрировании на дискретный интегратор, находится относительно промежутка времени, заключенного в диапазон от начала включения тока и до конца разряда при фиксированном токе. Полный заряд определяется в 4,5 Юг при погрешности в 1%, температурный режим измерений составляет от -40 до +50 °C.

Эти приборы получили широкое использование как датчики давления, градиенты давления, измерители линейных и угловых ускорений, а также они используются для различных механических и акустических значений для произведения океанологических разработок; как датчики измерения сейсмических колебаний Земли, сейсмических шумов в океане. Концентрационный электрохимический сейсмоприемник обладает чувствительностью в 10 мкВ/мкм смещения грунта на частоте 0,1 Гц. Также разработаны оптические модуляторы, усилители, выпрямители, нелинейные емкости, реле времени, запоминающие, интегрирующие приспособления, генераторы колебаний напряжения и тока. Они представляют собой устройства небольшого размера с малой потребляемой мощностью, отличаются высокой чувствительностью, обладают простой схемой для эксплуатации, надежны, вибростойки и ударостойки.

Эрстедметр

Измерительный прибор, предназначенный для определения напряженности магнитного поля относительно момента сил, которые воздействуют на магнитную стрелку устройства, в результате нахождения в рассматриваемом магнитном поле.

Эхолот

Представляет собой прибор, используемый для навигационных измерений, созданный для непрерывного автоматического определения глубин относительно курса перемещающегося судна.

Разработан на основе измерения интервала времени, исчисляемого от отправления прямого ультразвукового сигнала до момента приема эхо-импульса, который отражается от дна водного бассейна. Эхолот может оснащаться приспособлениями для создания профиля исследуемого дна.

Подразделяются на навигационные эхолоты и эхолоты специального назначения. Эхолоты используются для определения глубины водоемов, рельефа, плотности дна. С помощью прибора такого типа находят места, успешные для рыбной ловли.

Раздел 13. Радиотехника, телевидение, фотокинотехника, аудиотехника, свч-техника, связь

Автогенератор

Автогенератор – это генератор, вырабатывающий электромагнитные колебания. Автогенератор самопроизвольно возбуждает колебания, преобразуя их из энергии источников питания. Он не зависит от внешних воздействий, поэтому носит название генератора с самовозбуждением.

Принцип работы автогенератора заключается в том, что источник энергии через резонатор, посредством переходного колебательного процесса, воздействует на активный элемент. Для этого необходимо, чтобы источник энергии обязательно был включен. Активный элемент превращает энергию источника в энергию колебаний, которые передаются в резонатор. Амплитуда колебаний увеличивается при выполнении условия самовозбуждения генератора – мощность, которую потребляет резонатор, меньше мощности активного элемента. Возрастающая амплитуда приводит к энергетическому балансу. Активный элемент с ростом амплитуды становится нелинейным и таким образом приостанавливает возрастание отдаваемой мощности. Это приводит к уравновешиванию отдаваемой и потребляемой мощности. Если малые отклонения не влияют на равновесие, то происходит установка стационарного режима колебаний. Частота и амплитуда колебаний не изменяются во времени, характеризуются параметрами активного элемента и колебательной системы, происходящей в автогенераторе. Именно эта характеристика отличает автогенераторы от каких-либо других каскадов радиопередатчиков.

Первый ламповый автогенератор был построен в 1912 г. Ли де Форестом. Но в связи с тем, что он вовремя не успел запатентовать свое изобретение, в 1913 г. официальным изобретателем такого автогенератора стал Г. Армстронг. Тяжба между ними продолжалась до 1934 г., правда оказалась на стороне Фореста, но в радиотехнике принято считать, что ламповый генератор сконструировал Армстронг. Явились и другие претенденты на получение патента данного изобретения, такие как Р. Фессендер, А. Мейснер, Г. Раунд, Р. Хартли и Э. Колпиц, но их устройства не получили широкого распространения.

Благодаря ламповому генератору можно было осуществлять обратную связь по одному каналу, так как он генерировал колебания одной частоты. Существует множество видов автогенераторов, одинаковым началом для которых служит автоколебательная система, генерирующая автоколебания.

Одноконтурный автогенератор содержит соответственно один колебательный контур.

В трехточечном автогенераторе напряжение обратной связи убирается с колебательного контура в трех точках: путем отвода от катушки; в другом варианте путем подключения контура либо к транзистору, либо к электронной лампе тремя проводами.

Подобный механизм работы наблюдается у автогенератора с емкостной обратной связью, также работающего по трехточечной схеме. Напряжение обратной связи в этом генераторе убирается с контура колебаний через емкостный делитель напряжения, т. е. с подключением контура к электронной лампе или транзистору.

Особенность внутреннего кольцевого автогенератора заключается в том, что его частота зависит от рабочей температуры, напряжения питания и условий производства микроконтроллера, изменяется под воздействием этих факторов. При выборе кольцевого автогенератора как источника основных синхроимпульсов он перезапускается для того, чтобы обеспечить синхронизацию процесса.

Чтобы максимально приблизить режим транзистора к режиму усилителя мощности, исследователи разработали транзисторные и диодные автогенераторы. Они различаются по типам активного элемента. В транзисторных автогенераторах по цепи обратной связи на вход транзистора поступают колебания из собственного резонатора. В диодных обратная связь происходит без вмешательства специальных элементов, а стационарные колебания производятся благодаря определенным процессам в генераторных диодах.

Автогенераторы различаются также по режимам возбуждения. При включении напряжения питания возникает условие самовозбуждения – генерация происходит самопроизвольно, независимо от внешнего воздействия. Такой режим носит название мягкого. При таком режиме возбуждения колебаний состояние покоя в автогенераторе нестабильно. При изменении условий можно перейти к жесткому режиму возбуждения. В отличие от мягкого режима колебания возбуждаются только при наличии внешнего воздействия. Оно создает колебания с амплитудой, превышающей пороговое значение. Примером может служить радиоимпульс, воздействующий на автогенератор от внешнего источника. Еще одним отличием от режима мягкого возбуждения колебаний является то, что состояние покоя в автогенераторе при жестком режиме устойчиво, стабильно.

Вырабатываемые автогенераторами электромагнитные колебания передаются по цепи обратной связи переменного напряжения с выхода на вход самого автогенератора. Обязательным условием этой системы является рост колебательной энергии, в значительной мере превосходящий потери. Вместе с этим амплитуда колебаний также увеличивается. Именно этот принцип объединяет все вышеперечисленные автогенераторы.

Применяются автогенераторы в радиопередающих устройствах.

АТС

АТС – это автоматическая телефонная станция. Телефонная станция представляет собой комплекс технических средств, задача которых состоит в том, чтобы обеспечить коммутацию каналов связи телефонной сети, автоматически передать сигнал вызова от одного телефонного аппарата к другому. Это такой тип узла связи, функцией которого считается соединение и разъединение телефонных каналов на время телефонных переговоров. Возникновение и развитие АТС непосредственно связано с телефонией – областью науки и техники, которая изучает основные принципы телефонной связи и разрабатывает специальную аппаратуру.

Начало телефонной связи положил А. Белл в 1876 г., когда изобрел телефонный аппарат. Уже через два года в Нью-Хейвене, США, появилась первая телефонная станция. Что касается России, то телефонные станции здесь начали действовать с 1882 г. в крупных городах: Петербурге, Москве, Риге и Одессе. Дальнейшее развитие телефонии связано с совершенствованием аппаратуры, ростом количества абонентов и повышением автоматизации телефонной связи. А. Б. Строуджер из США в 1889 г. изобрел шаговый искатель. Он послужил созданию макета АТС с шаговыми искателями, сконструированного в 1893 г. изобретателями С. М. Бердичевским-Апостоловым и М. Ф. Фрейденбергом. Последний через два года сконструировал АТС с предыскателями. В 1896 г. в городе Огаста, США, была построена первая АТС.

АТС, в отличие от ручных телефонных станций, где коммутацию каналов выполняет оператор-телефонист, не находится в непосредственном контакте с человеком и подразделяется на множество видов.

Машинные и декадно-шаговые (модели АТС-49, АТС-54 и др.) АТС основаны на электромеханических искателях, которые соответственно распределены с машинными и электромагнитными приводами.

Для коммутации двигатель специальными щетками ищет нужный канал, вращаясь вверх-вниз и вокруг своей оси. Контакты искателей достаточно быстро стираются, приводя к ухудшению связи, что является главным недостатком этой АТС.

В координатных АТС (АСТК-У, ПСК-1000, Пентаконта и др.), созданных в 1940-х гг., средствами коммутации являются многократные координатные соединители, контактами которых управляют электромагниты.

В квазиэлектронных АТС (Квант, Метаконта) коммутационными устройствами служат электромагнитные приборы, управляемые процессором. Эти АТС были созданы в 1960-х гг. Часто квазиэлектронной АТС называют также координатную телефонную станцию с процессорным управлением.

На электронных АТС коммутацию обеспечивают полупроводниковые приборы. Впервые сконструировали электронные АТС в 1970-х гг.

Для цифровых АТС (DX-200, 5ESS, Квант-Е и др.) характерен аналоговый сигнал в цифровой форме, который передается внутри и между АТС практически без помех, несмотря на расстояние между ними.

В IP-аТс – цифровая АТС, в которой вместо коммутации каналов происходит транспортировка пакетов по протоколу Интернета IP. Таким образом, IP-АТС коммутирует устройства IP-телефонии.

В период возникновения телефонной связи единственным средством соединения в телефонных сетях была ручная телефонная станция. С началом автоматизации в XX в. появились АТС, которые не перестают модернизироваться и по сей день.

Развитие коммутационной техники, без сомнения, принесло огромную пользу телефонии: ускорило установление соединений, улучшило обслуживание абонентов. К середине 1970-х гг. практически все телефонные сети были оснащены АТС, и лишь междугородные сети, наряду с АТС, практикуют использование РТС.

АТС состоит из коммутационной системы, управляющих, вводных и вспомогательных устройств, а также установки электрического питания.

Управляющие устройства вместе с коммутационной системой помещаются в автоматном зале. В машинных и декадно-шаговых АТС используется прямой способ установления соединений. Коммутационная система под воздействием управляющего устройства выбирает соединительный путь и устанавливает соединение. В координатных и квазиэлектронных АТС применяется обходной способ, когда коммутационная система устанавливает соединение, а выбор пути осуществляется управляющим устройством.

В последнее время очень распространены так называемые мини-АТС. Основными функциями их являются обеспечение местной связи, распределение поступающих звонков, запрет выхода на межгород. Мини-АТС бывают цифровыми и аналоговыми.

Модернизация телефонной техники связана с разработкой надежных и стабильных многоканальных систем, а также с внедрением новой быстродействующей аппаратуры для АТС. Наряду с современными квазиэлектронными и электронными средствами коммуникации, проходят работы по разработке АТС с программным управлением коммутацией.

Бленда светозащитная

Бленда светозащитная – вспомогательное приспособление фотоаппарата, защищающее объектив от проникновения в него боковых световых лучей.

Приспособление представляет собой конус или пирамиду. Во время съемки его надевают на объектив фотоаппарата узким концом. Внутренняя поверхность бленды имеет черный цвет и покрыта масляной краской. Бленда координирует световые лучи, так как боковые лучи света при попадании в объектив могут вызвать засветку всего негатива, что очень нежелательно, потому что уменьшает контраст изображения. Но лучи света, которые участвуют в построении изображения, беспрепятственно должны проходить через бленду, что достигается подбором ее размеров.

Блокинг-генератор

Блокинг-генератор – это одноламповый или однотранзисторный генератор электрических импульсов, которые повторяются через довольно большие промежутки времени. Время заряда конденсатора определяет большой силой тока импульсы в генераторе, которые достаточно кратковременны, 0,05—25 мкс. Их длительность регулируется путем изменения емкости конденсатора. Время разряда конденсатора через резистор влияет на длительность промежутков между импульсами. В таком генераторе обратная трансформаторная связь очень сильна. Если такая связь положительна, то импульс спадает, и в результате возникает нарастание и уменьшение силы тока в транзисторе или электронной лампе.

Блокинг-генератор, наряду с мультивибратором, фанастроном и санастроном, относится к разряду релаксационных генераторов, или релаксаторов. Релаксационные генераторы быстро высвобождают энергию, которая подается источником постоянного тока, и тем самым вырабатывают импульсы, негармонические электрические колебания.

Блокинг-генератор работает в автоколебательном и ждущем режимах. В автоколебательном режиме работы колебания самовозбуждаются без воздействия внешних факторов. В ждущем режиме процесс заторможен, колебания вызываются каждый раз внешним импульсом.

Блокинг-генератор активно применяется в таких приборах, как счетчик Гейгера. Он формирует внеочередной импульс, который будет способствовать возникновению импульса в конденсаторе.

Импульс, возникающий при каждом таком срабатывании счетчика Гейгера, удерживает напряжение на выходе преобразователя. Этот процесс помогает счетчику Гейгера решить проблему питания от низковольтных источников, так как он сам поставляет некоторую часть тока гальванических батарей.

Блокинг-генератор обладает массой достоинств. Его устройство не отличается сложностью. Колебания синхронизируются и стабилизируются. Даже при средней мощности, благодаря блокинг-генератору, можно получить большую мощность в импульсе.

В последнее время выпускают блокинг-генераторы, основанные на новом научном принципе. Этот научный прорыв ведет к разработкам новых светосигнальных устройств и другим открытиям в области импульсной техники.

Блокинг-генераторы применяются в радиотехнике и различных устройствах импульсной техники. В импульсной технике они необходимы для делителей частоты, в радиолокационных и телевизионных устройствах, при получении мощных кратковременных импульсов. При оборудовании водных и береговых путей сообщения блокинг-генераторы питают автоматические светосигнальные устройства, маяки с напряжением в 220 В.

Транспортные средства также не могут обойтись без блокинг-генераторов: их используют в реле сигнализации указателей поворота автомобилей, тракторов, трамваев, троллейбусов.

Вариометр

Вариометр – это радиотехнический прибор, название которого произошло от латинского слова vario – «изменяю» и греческого metreo – «измеряю». Вариометр представляет собой устройство для плавного изменения индуктивности. Он состоит из двух соединенных катушек индуктивности, которые меняют свое положение относительно друг друга.

В 1920—1930-х гг. обмотка вариометра была разделена на две соединенные секции: статор и ротор. Статор – наружная неподвижная секция, а ротор – внутренняя подвижная. Сумма индуктивностей секций и индуктивности между ними равнялась индуктивности самого вариометра.

Такая конструкция использовалась при перестройке колебательного контура приемника по его частоте. С течением времени трансформировались вид и функции вариометра, и он стал прибором с двумя катушками индуктивности.

В геофизике широко применяются магнитный и гравитационный вариометры. Магнитный вариометр предназначен для определения изменений геофизических величин, т. е. измеряет изменения во времени земного магнетизма. В специальных магнитных обсерваториях устанавливаются стационарные вариометры, объединяющие в себе три вариометра с магнитными стрелками.

Гравитационный вариометр определяет изменения поля тяготения около земной поверхности. Его изобрел в конце XIX в. венгерский ученый-физик Л. Этвеш. В состав такого вариометра входит специальное легкое коромысло, которое подвешивается на упругой нити. На концах коромысла на разной высоте укрепляются массы. Гравитационные силы действуют на массы, коромысло совершает круговые движения вокруг нити. Это происходит до тех пор, пока гравитационные силы притяжения не достигнут равновесия с упругими силами закрученной нити. Вариометр устроен таким образом, что, помимо гравитационного поля, на него не оказывают влияния температура, магнитное и электростатическое поля. Измерения, полученные с помощью этого прибора, используются для гравиметрической разведки – исследования неоднородного распределения плотности верхних слоев земной коры.

Вариометр используется также в сверхлегкой авиации – пилотами парапланов и дельтапланов. Он определяет скорость подъема и спуска летательного аппарата. Сделан вариометр в виде небольшой коробки, которая пристегивается к одежде на уровне бедра, талии или груди человека. На него нанесена специальная шкала, измеряющая скорость. Кроме этого, вариометр издает звуковые сигналы, частота которых возрастает с увеличением скорости. Многие модели этого прибора издают звуковые предупреждения при ускоренном снижении, если человек попал в нисходящий поток.

С развитием автоматизации вариометры стали электронными, источник энергии теперь – небольшая батарея. Лучшие модели оснащены автоматическими компенсаторами изменения давления и температуры. Они особенно необходимы при полете в термальных потоках воздуха. Самая последняя модель вариометра – Green-Valt. Он соединяет в себе два прибора: цифровые вариометр и альтиметр. С помощью Green-Valt можно узнать скорость подъема и снижения, абсолютную и относительную высоты, а также время полета.

Варистор

Варистор – это нелинейный полупроводниковый резистор, его название происходит от английских слов variable – «переменный» и resistor – «резистор». Электрическая проводимость варистора меняется одинаково под воздействием отрицательного и положительного напряжений.

Варисторы изготовляются из полупроводника и связующего вещества. При температуре 1700 °С карбид кремния в порошкообразном виде, который является полупроводником, спекают вместе с глиной, лаками, смолами, жидким стеклом. После этого полученный в результате обжига элемент заключают в металл, припаивают выводы и наносят электроизоляционные и влагозащитные покрытия. Варистор имеет форму шайбы или диска. В зависимости от дальнейшего применения изготавливают низковольтные и высоковольтные варисторы. Они защищают от перенапряжения и побочных физических эффектов.

Варисторы достаточно надежны, могут выдерживать любые электрические нагрузки, но они производят низкочастотный шум и со временем, при колебаниях температуры, изменяются их параметры как электронного компонента.

Механизм работы варистора состоит в том, чтобы оградить от импульсного напряжения защищаемое устройство. Он включается параллельно тому оборудованию, которое будет защищать. Практикуется соединение варисторов в форме «звезды» или «треугольника». При нормальном рабочем режиме, без импульсных напряжений, варистор выполняет функцию изолятора. Когда возникает импульс, варистор снижает свое сопротивление и рассеивает энергию в виде тепла. После гашения импульса варистор снова приобретает первоначальное сопротивление.

С развитием микроэлектронной и полупроводниковой техники появились многослойные варисторы, такие как оксидо-цинковые, с симметричной вольтамперной характеристикой. Их функция заключается в защите бытовой электроники, аппаратуры средств связи, оборудования передачи электроэнергии, транспортных средств и другого электронного оборудования от импульсных воздействий напряжения. Такие варисторы рассеивают энергию благодаря определенному распределению энергии в их объеме. Небольшие по размерам варисторы, быстродействующие и обладающие надежной проводимостью, получили название чип-варисторы. В электронной промышленности они являются самыми распространенными и широко используемыми.

Для того чтобы варисторы отвечали самым различным требованиям современных технологий, ученые специально разработали многослойные варисторы с различными значениями емкости. Варисторы с низким значением емкости применяются в создании низкочастотного фильтра. Варисторы со средним значением экономят дополнительные конденсаторы и защищают от импульсных воздействий напряжения; с высоким значением – поглощают электромагнитные помехи.

Варисторы стабилизируют и регулируют низкочастотные токи и напряжения. В аналоговых вычислителях их применяют для решения различных математических действий.

Вибратор герца

Вибратор Герца – это открытый колебательный контур, который состоит из двух разделенных небольшим промежутком стержней. Стержни подключаются к источнику высокого напряжения, который создает искру в промежутке между ними.

В вибраторе Герца возбуждаются колебания быстропеременного тока, благодаря которым он излучает электромагнитные волны.

Именно вибратор Герца использовали А. С. Попов и Г. Маркони в 1895—1896 гг. Его применили как передатчик в первых практических схемах радиосвязи.

С началом изучения мощных источников генерации коротких электромагнитных волн и магнетронов в XX в. вибратор Герца стал активно использоваться в УКВ-диапазоне.

В 1886—1889 гг. Г. Герц проводил опыты, в результате которых должно было подтвердиться утверждение Дж. Максвелла о существовании электромагнитных волн и их основных свойствах. Две сферы или цилиндра диаметром 10—30 см, в других опытах – металлические листы со стороной 40 см, Герц укреплял на концах стержня, разрезанного посередине. На разрезах помещались полированные шарики, между которыми образовывался промежуток в несколько миллиметров шириной. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. Цилиндры или листы присоединялись к источнику высокого напряжения, который заряжал листы положительными и отрицательными зарядами. Электрическая искра, возникающая в промежутке вибратора, уменьшает сопротивление. Пока искра существует, в вибраторе возникают затухающие колебания с высокой частотой. Излучение электромагнитных волн происходит из-за того, что вибратор не что иное, как открытый колебательный контур.

Вибратор Герца был назван именем своего создателя во время самых решающих опытов, когда он устанавливал поляризацию волн. Для этого необходимо было получить более короткие волны, чем предыдущие – 4,5 м. Для этого Герц использовал медные стержни длиной 9 см и диаметром 3 см. Медные шары на концах стержней были диаметром 4 см. В результате этого опыта Герц получил волны длиной 60 см, частотой 500 МГц.

Чтобы обнаружить электромагнитные волны, Герц, по примеру приемного вибратора, создал излучающий вибратор, или резонатор. По сути, он представлял собой то же самое устройство, что приемный, но функции его отличались. В приемном вибраторе колебания тока возбуждаются под действием переменного электрического поля. При совпадении частоты вибратора с частотой электромагнитной волны в нем возрастает амплитуда колебаний. Герц регистрировал их, наблюдая в промежутке между проводниками приемного вибратора искорки.

Вибратор, по замыслу Герца, увеличил частоту колебаний волн в сотни раз, что помогло наблюдать быстрые электромагнитные колебания в лабораторных условиях. Он доказал, что, как и световые волны, электромагнитные могут преломляться, отражаться, интерферировать и поляризовываться. Герц измерил длину волн и рассчитал их скорость распространения.

Видеокамера

Видеокамера – это устройство, благодаря работе которого на светочувствительном слое получаются оптические образы снимаемых объектов. Светочувствительный слой приспособлен для записи статичных и движущихся изображений. Чтобы, помимо изображения, записывался и звук, видеокамеру оснащают микрофоном.

Видеокамера.

Предшественником видеокамеры была кинокамера; различие между ними состоит в том, что кинокамера снимает изображение на одноразовую пленку. Около 40 лет кинокамерой не пользовались частные владельцы, только создатели коммерческих фильмов. Кинокамеры были большими и тяжелыми, оборудование дорогим, единственным утвержденным стандартом была пленка 35 мм. С 1932 г. все переменилось. Появилась 8-миллиметровая пленка, в продажу стали поступать небольшие дешевые камеры. К середине 1950-х гг. производство видеокамер было поставлено на поток.

Видеокамера состоит из светонепроницаемого корпуса, объектива, видоискателя, светочувствительного слоя, устройства передачи сигнала, микрофона и светочувствительной электронной матрицы. Источником питания является батарея, спрятанная внутри видеокамеры.

Самая важная часть видеокамеры – объектив. Это оптическое устройство, передающее изображение на плоскость. Именно от его качества и состояния зависят резкость и четкость снимаемого изображения. Он состоит из системы линз, зеркал, может иметь систему фокусировки и затвор. Объектив формирует оптический образ объекта. Самые распространенные модели объективов: длиннофокусный, портретный, штатный («Волна МС», «Мир», «Ноктилюкс», «Эра», «Юпитер» и др.). Также определенный тип объектива используется в особом назначении. Портретный объектив дает мягкое изображение, минимальные геометрические искажения, поэтому используется для портретной съемки. Макрообъективом снимаются небольшие объекты достаточно крупным планом. Для съемки чертежей, документации используется репродукционный объектив, без геометрических искажений. Для того чтобы отобразить объект, достаточно 0,4—0,8 мегапикселей матрицы.

Название видоискателя говорит само за себя: он предназначен для определения объекта в кадре и фокусирования изображения, показывает резкость и параметры съемки. В видеокамерах используется электронный видоискатель. Его составляет матрица или передающая телевизионная трубка. Видоискатель, показывающий изображение с электронного сенсора на жидкокристаллический дисплей, называется беспараллаксным.

Основная задача микрофона в видеокамере состоит в том, чтобы преобразовывать звук в электрический сигнал.

Аналоговые видеокамеры, записывающие изображение на кассету, заменились повсеместно цифровыми, более удобными в съемке и хранении информации. Преимущества использования диска вместо кассеты бесспорны: компактность диска, долгосрочность хранения, оперативный доступ к любому моменту записи. В отличие от кассеты, на которой постоянно нужно находить свободное, не записанное ранее место, на диске действует принцип заполнения пустот, поэтому нельзя будет продолжать запись на уже отснятые кадры.

Цифровые видеокамеры (камкордеры) записывают видео на 8-сантиметровый DVD диск, или на HDD, жесткий диск, либо используют флэш-память. Для сжатия изображений используется формат MPEG-2 и MPEG-4.

Современные видеокамеры оснащены специальными устройствами, позволяющими убрать дрожание руки оператора, изменить четкость, фокус, записывать цвета, звуки с непревзойденным качеством, обеспечивающим высокий уровень обработки данных.

По мере того как изменяется внутреннее содержание видеокамер, изображение становится более совершенным, а съемка легкой, меняется и внешняя оболочка камкордеров. Производители выпускают камеры самых разнообразных видов, от камеры в форме яблока до мини-камеры, весящей всего 310 г. Последнее время очень популярными стали подводные съемки, раскрывающие тайны водных глубин, а также скрытые камеры видеонаблюдения и слежения, применяемые для охраны недвижимости и людей. Видеокамеры пригодились даже в медицине: в Англии зубные врачи встраивают миниатюрную камеру в ротовую полость пациента, чтобы рассмотреть труднодоступные участки. Изображение проецируется на видеоэкран, который находится рядом со стоматологическим креслом. Благодаря этому доктор может держать под контролем весь процесс лечения зубов.

Видеоусилитель

Видеоусилитель – это устройство, увеличивающее мощность видеосигнала. Энергия источника питания переходит за счет активного прибора в энергию сигнала на заданной частоте, и за счет этого мощность увеличивается. От физической природы активного прибора зависит проведение преобразования энергии источника питания в энергию сигнала.

Видеоусилители увеличивают импульсы, не имеющие высокочастотного заполнения, т. е. видеоимпульсы.

Одним из пионеров применения видеоусилителей является Дж. Байрд. С 1924 г. он занимался разработкой передачи черно-белого изображения на расстояние. Изобретатель добился желаемого результата после того, как усовершенствовал фотоэлектрический элемент кинокамеры и применил видеоусилитель.

Как и многие усилительные устройства, видеоусилители состоят из нескольких каскадов; ведь один каскад, как правило, не может обеспечить необходимое усиление. Каждый каскад имеет свою функцию, об этом говорят их названия: каскад предварительного усиления, входной каскад, выходной каскад и предоконечный каскад.

Видеоусилители увеличивают уровень входного сигнала и регулируют сигнал на средних и низких частотах. Кроме этого, они защищают от многих факторов: от перегрузки, короткого замыкания и от изменения полюса, питающего напряжение.

Наиболее распространенные модели – SVP-01-DA, SVP-01-Rack, SI-138, ВИДУС-12, LTC 5231, LTC 5234. Часто производители конструируют их в качестве распределителя в компактном корпусе либо распределителя в виде модулей, которые крепятся на стену или устанавливаются в аппаратурную стойку.

Видеоусилитель, наравне с генератором разверток, объективом, передающей телевизионной трубкой, является основным узлом видеокамеры.

Для сложной электромагнитной обстановки, возникающей на промышленных предприятиях и т. п., предназначен изолирующий усилитель. Он состоит из четырех каналов, принимает и передает видеоизображения в составе систем видеонаблюдения. Точки заземления между передающим и принимающим устройствами обладают разными потенциалами, за счет чего возникают фоновые помехи, но усилитель их устраняет.

Видеоусилитель устанавливают на другом конце кабеля, который имеет большую протяженность, либо в термобокс рядом с видеокамерой. Это уменьшает собственный шум усилителя и увеличивает точность принятия сигнала. Полученный сигнал с видеоусилителя выводится на входы низких частот видеомагнитофона, телевизора, видеомонитора или видеопередатчика.

Видеоусилитель также необходим при перезаписи с одного носителя информации на другой (с видеомагнитофона на видеомагнитофон). Комбинированный сигнал передается с помощью специального кабеля, при этом он содержит информацию о цвете изображения, пробелах и сигнале синхронизации. На копиях, произведенных без усилителя, цвета блекнут, страдает качество изображения, синхронизация нарушается. Усилитель формирует новые сигналы цвета и синхронизации развертки, что позволяет изображению не терять своего качества при копировании.

Видоискатель

Видоискатель – оптическая система для определения границ (границ кадра), изображаемых объективом на фотоматериале. Видоискатели подразделяются на беспараллаксные и параллаксные. К видоискателям предъявляются следующие требования: соответствие поля зрения видоискателя изображению в кадровом окне, возможность получения прямого изображения, возможность работы со сменными объективами, удобство эксплуатации.

Рамочный видоискатель выполнен в виде двух рамок различного размера, расположенных на некотором расстоянии друг от друга с внешней стороны корпуса фотоаппарата, или представляет собой два окна по форме кадра, прорезанных в корпусе фотокамеры. Если рассматривать предметы окружающего нас пространства через эти рамки так, чтобы их границы совпадали между собой, то в поле зрения попадут только те предметы, изображение которых спроецировано объективом фотоаппарата на светочувствительный материал. При всей простоте конструкции такой видоискатель весьма удобен и не вносит никаких искажений в наблюдаемую нами картину.

Тем не менее рамочному видоискателю свойственны и существенные недостатки. Это прежде всего невозможность использовать его для особо длиннофокусных и широкоугольных объективов, наличие параллакса. Рамочными видоискателями оснащены главным образом боксы для подводных съемок, в современных фотоаппаратах они встречаются как дополнительные приспособления.

Телескопический видоискатель представляет собой оптическую систему, состоящую из двух линз – отрицательной (спереди) и положительной (сзади). Линзы закреплены в корпусе фотоаппарата так, что границы наблюдаемого через них участка окружающего пространства совпадают с границами изображения, создаваемого объективом на фотопленке. Изображение предметов при наблюдении через такой видоискатель – уменьшенное по сравнению с наблюдаемыми невооруженным глазом, прямое и яркое. Телескопический видоискатель легко совмещается в один прибор с оптическим дальномером, так что для определения границ кадра и фокусировки объектива нет надобности наблюдать за объектом съемки через разные устройства. Однако у телескопического видоискателя есть существенный недостаток, заключающийся в несовпадении границ кадра с границами наблюдаемого через видоискатель пространства.

Видоискатель Галилея представляет собой перевернутую зрительную трубу Галилея. Состоит из короткофокусного отрицательного объектива (прямоугольная плосковогнутая линза) и длиннофокусного положительного окуляра. Система Галилея обеспечивает получение мнимого прямого уменьшенного изображения предмета съемки. Видоискатель Альбада решает проблему получения четкого изображения границ поля. Он имеет рамку, помещенную вблизи окуляра. Сама рамка не просматривается глазом, в который попадает ее мнимое изображение, отраженное от полупрозрачного покрытия, нанесенного на вогнутой поверхности объектива.

Положение рамки выбирается таким образом, чтобы ее изображение находилось в параллельном пучке лучей, т. е. казалось расположенным на бесконечности.

Видоискатель с подсвеченной рамкой. Для ограничения поля видоискателя используется также схема, где подсвеченная рамка расположена в отдельном канале.

Непрозрачная пластина с прорезями устанавливается за рассеивающим экраном. Расположение рамки в передней фокальной плоскости окуляра обеспечивает имитацию ее положения на бесконечности. Изображение рамки направляется в глаз фотографа с помощью дополнительного зеркала и полупрозрачной пластины. Ограничение изображения реализуется наложением изображения подсвеченной рамки на изображение в видоискателе.

Видоискатель типа трубы Кеплера формирует действительное изображение, перевернутое сверху вниз и слева направо.

Для получения прямого изображения используется оборачивающаяся система (линзовая или призменная). При равных увеличении и фокусном расстоянии объектива рассматриваемая система длиннее системы Галилея на 2 фокусных расстояния окуляра.

В фотоаппаратах, работающих со сменными объективами, используется универсальный видоискатель, который обеспечивает соответственно изменение поля зрения. Ограничение поля видоискателя реализуется механическим или оптическим методами.

Простейшее устройство данного вида представляет собой набор откидных рамок соответственных размеров. Более сложным является устройство, где размеры поля изменяются с помощью подвижных маскирующих элементов.

Предпочтительными являются призменные и телескопические системы переменного увеличения, где при уменьшении углового поля видоискателя сохраняются его линейные размеры. Это достигается изменением фокусного расстояния оптической системы видоискателя или установкой соответствующего переднего компонента системы, закрепленного на турели.

Наиболее универсальным и обладающим минимумом недостатков можно считать зеркальный видоискатель, совмещающий в себе функции видоискателя и дальномера.

Конструктивно зеркальный видоискатель состоит из зеркала, отражающего лучи света, которые идут от объектива к фотопленке, и матового стекла, установленного над зеркалом так, что расстояние от объектива до матового стекла равно расстоянию от объектива до пленки. При размере матового стекла, равном размеру кадра фотоаппарата, на него будет спроецировано объективом то же по масштабу и по своим границам изображение объекта съемки, что и на фотопленку.

При этом резкость (нерезкость) изображения какого-либо предмета на матовом стекле будет соответствовать резкости (нерезкости) изображения этого предмета на фотопленке. Естественно, что в момент съемки зеркало убирается с пути лучей света от объектива, открывая им доступ к фотопленке.

Совмещение в одном оптическом устройстве функций видоискателя и дальномера обеспечивает высокую оперативность съемки, однако такой видоискатель-дальномер, к сожалению, все же не свободен от недостатков.

Дело в том, что на матовом стекле мы видим неперевернутое, но обращенное изображение, т. е. изображение предметов, находящихся слева от оптической оси объектива, проецируется на правую сторону матового стекла, и наоборот, находящихся справа – на левую. Недостаток становится особенно заметным при фотографировании движущихся объектов и, конечно, снижает оперативность съемки. Для устранения этого явления большинство зеркальных фотокамер снабжено специальной оборачивающей оптической системой – пентапризмой, меняющей местами левую и правую стороны изображения и одновременно с этим изменяющей направление нашего взгляда при рассматривании изображения на матовом стекле, вместо того чтобы смотреть в видоискатель сверху вниз, т. е. перпендикулярно направлению съемки, пентапризма дает возможность смотреть по направлению съемки – в ту же сторону, куда направлен объектив фотоаппарата.

Недостатком зеркального видоискателя является также усложнение конструкции механизмов фотокамеры, вызванное необходимостью поднимать зеркало перед открытием затвора.

Генератор качающейся частоты

Генератор качающейся частоты – это генератор электрических колебаний. Частота электрических колебаний периодически качается, изменяется. Такие генераторы, как правило, обладают малой мощью и следуют специальному закону изменения частоты. Устройство генератора позволяет плавно изменять частоту синусоидальных колебаний выхода в определенном диапазоне частот. Колебания подаются на вход равноценно с тем, как если бы частота перестроилась вручную. В результате этого амплитуда сигнала заданной частоты может изменяться. Чтобы изменять частоту генератора в широком диапазоне, к нему подключают множество каскадов, что превращает генератор в достаточно сложное устройство.

Многие ученые использовали в своих опытах, конструкциях генератор качающейся частоты. Одним из них был И. Нечаев. Он разработал комбинированный генератор, исследующий частоту и усилители гетеродинных радиоприемников.

Основными узлами генератора качающейся частоты являются перестраиваемый и неперестраиваемый генераторы. Каждый из них выполнен по схеме емкостной трехточки. В неперестраиваемом генераторе колебания возникают из обратной связи между цепями транзистора, частота их – около 470 кГц. Импульс зависит от индуктивности катушки и конденсатора. Частота колебаний перестраиваемого генератора зависит от емкости цепочки и индуктивности катушки. Чтобы изменить частоту данного генератора, с переменного резистора подается постоянное напряжение от 0 до 9 В. Диапазон частот генератора при его работе ограничивается интервалом от 0,5 до 100 МГц.

Чтобы проконтролировать частоту генератора, с ним проводят ряд манипуляций. Устанавливают частоту 475 кГц подстроечником катушек, затем переводят движок резистора вверх. Измененная частота должна быть равна 450—455 кГц. Если частота меньше положенного, подбирают конденсатор большей емкости, если же больше – исключают конденсатор. Форму колебаний контролируют при помощи электроизмерительного прибора, осциллографа. Он работает в автоматическом режиме, вход в него закрывают.

С помощью генератора качающейся частоты и осциллографа можно проверить и настроить такие узлы, как кварцевые и электромеханические фильтры, радиочастотный тракт передатчика или приемника. Для определения частот параллельного и последовательного резонансов кварцевых резонаторов используют режим ручного управления.

Сам прибор настраивают вращением ручки движка резистора. С того момента, когда становится наглядно видно, что при вращении движка колебания «качания» частоты изменяются, настройку генератора заканчивают.

Как и многие генераторы, генератор качающейся частоты преобразует первичные электрические колебания в заданные колебания определенной частоты и формы.

Генератор с самовозбуждением

Генератор качающейся частоты – это генератор, который вырабатывает электрические колебания. Генератор в переводе с латинского языка означает «производитель», т. е. это устройство, которое производит определенный продукт. Колебания в нем не затухают при подаче части переменного напряжения с выхода на вход генератора. В радиотехнике его называют осциллятором – системой, возбуждающей колебания относительно какого-нибудь положения равновесия.

Генератор с самовозбуждением представляет собой устройство, благодаря которому энергия постоянного тока преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, возникающих без внешнего воздействия.

Структура такого генератора содержит два основных звена. Это звено обратной связи с коэффициентом передачи и усилительное звено.

К самовозбуждению генератор подталкивает положительная обратная связь, которая позволяет генератору перейти в режим установившихся колебаний.

При включении напряжения питания в генераторе возникают малые колебания. На них влияет положительная обратная связь, действие которой увеличивается за счет усилительного каскада. Колебания передаются по цепи положительной обратной связи на выход усилителя. Сигнал постоянно возрастает при обходе усилителя и обратной связи, пока не устанавливается режим колебаний. Переход к такому режиму возможен за счет уменьшения наклона амплитуды сигнала. Усилитель должен быть нелинейным, потому что линейное звено способствовало бы возрастанию амплитуды самовозбужденных колебаний.

Генератор производит, как правило, одночастотное колебание, а нагрузкой является параллельный колебательный контур. Сопротивление контура активно, на резонансной частоте максимально.

В усилительном звене генератора применяются операционные усилители и транзисторы, биполярные и полевые. Частоту производящихся колебаний определяет баланс амплитуд на определенной частоте, в связи с соответствием усилителя с резонансной нагрузкой резонансной же частоте контура.

От выбранного рабочего режима для генератора с самовозбуждением зависит процесс генерации колебаний. Режим определяется коэффициентом обратной связи и питающим напряжением. При выборе режима важно обращать внимание на положение рабочей точки на усилительном элементе, зависящей от напряжения смещения. Самовозбуждение легко возникает при расположении рабочей точки в области большой крутизны. Обратное положение рабочей точки приостанавливает, затрудняет самовозбуждение генератора. Существует два режима возбуждения: жесткий и мягкий. При жестком режиме рабочая точка смещается в левую сторону, напряжение смещения отсутствует. В результате этого небольшие колебания контура не могут вызвать самовозбуждение. Мягкий режим возникает тогда, когда рабочая точка лежит на прямолинейном участке усилительного элемента.

Процесс самовозбуждения проходит беспрепятственно, увеличивается амплитуда тока базы и в то же время возрастает амплитуда выходного напряжения.

Для эксплуатации генератора с самовозбуждением необходимо использовать оба перечисленных режима возбуждения, т. е. комбинированную схему смещения. В момент включения удобен мягкий режим, но в дальнейшем он приводит к большим потерям в схеме генератора, поэтому после установления мягкого надо перейти к жесткому режиму.

Одним из главнейших параметров генератора с самовозбуждением считается стабильность частоты. Ее количественной оценкой выступает обратная величина. Эта обратная величина представляет собой относительную нестабильность частоты. Под влиянием дестабилизирующих факторов параметры генератора меняются, в результате чего изменяются и фазовые углы. Любопытно, что после этой операции в генераторе устанавливается другой стационарный режим колебаний и сумма фазовых углов снова соответствует соотношению.

Повысить стабильность, так необходимую генератору с самовозбуждением, можно с помощью нескольких приемов. Путем параметрической стабилизации – при поддержке постоянства колебательной системы и нужных параметров генератора. Для осуществления такой стабилизации необходимо поддерживать постоянство питающих напряжений и защищать колебательную систему от влияния внешних воздействий. Повысить стабильность можно и другим путем. Для этого необходимо выбрать такие схему и режим работы генератора, при которых фазовые углы изменялись бы незначительно. Еще один вариант повышения стабильности заключается в компенсации изменений температуры элементов генератора, причем они должны быть противоположными другим изменениям по своему характеру. Этим элементом может быть колебательный контур, который увеличивается с повышением температуры. И, наконец, последний способ добиться стабилизации – с использованием кварцевых резонаторов, которые обладают высокой стабильностью как колебательные системы.

Существуют синхронные генераторы с самовозбуждением серии SJ, которые предназначаются для долгого режима работы как источник переменного тока. Они работают в составе передвижных и стационарных агрегатов. Такие генераторы могут работать автономно, параллельно с другими генераторами, а также с жесткой сетью.

Двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и различные турбины используются в качестве привода такого генератора.

Генератор с самовозбуждением применяется в радиопередающих устройствах, где он генерирует энергию постоянного и переменного тока в энергию радиочастотных колебаний.

Генераторная лампа

Генераторная лампа – это электронная лампа, которая предназначена для генерирования энергии источника переменного или постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний.

Используются генераторные лампы в различных радиопередатчиках, физических и медицинских радиоэлектронных устройствах, измерительных приборах, а также в установке индукционного нагрева. Применяются генераторные лампы и в диапазонах волн: УКВ и коротковолновом. У таких ламп небольшие расстояния между электродами, их выводы утолщены и снабжены малыми индуктивностями, а изолирующие элементы изготовлены из материалов, характеризующихся малыми диэлектрическими потерями.

В дециметровом диапазоне волн генераторные лампы обладают резонансной системой колебаний, которая относится к составу и конструкции данной генераторной лампы.

Такие колебательные системы встречаются в металлокерамических, маячковых лампах и резонатронах. В отличие от предыдущих в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазонах волн используются лампы бегущей и обратной волн, магнетроны и клистроны.

Генераторную лампу с тройным количеством электродов – триод – впервые применил А. Мейснер в 1913 г. С ее помощью немецкий ученый преобразовывал высокочастотные колебания. В России генераторная лампа стала использоваться с первых лет становления Советской власти. М. А. Бонч-Бруевич в лаборатории города Горький производил новейшие разработки. В 1919 г. он доказал возможность создания мощных генераторных ламп, применив охлаждение анода водяным способом. Через 4 года Бонч-Бруевич изобрел генераторную лампу, мощность которой была 25 кВт, а еще через 1,5 года лампу мощностью 40 кВт. Под руководством С. А. Векшинского и С. А. Зусмановского с 1922 г. производство генераторных ламп было поставлено на поток. Дальнейший период развития генераторных ламп связан с их усовершенствованием. В 1930 г. П. А. Остряков впервые сконструировал генераторную лампу с принудительным воздушным охлаждением. Спустя 3 года инженер Н. И. Оганов и академик А. Л. Минц разработали первый разборный триод, мощность которого была равна 200 кВт. В 1956 г. эти же ученые совместно с инженером М. И. Басалаевым сконструировали разборный триод с мощностью в 500 кВт.

Различаются генераторные лампы по числу электродов, по диапазонам радиочастот, по самой большой мощности, которую рассеивает отрицательный заряд, а также по конструкции баллона и по характеристике работы. Число электродов бывает разным и носит название триод, пентод, тетрод и т. д. Анод рассеивает мощности малую – 50 Вт, среднюю – 5 кВт, большую – более 5 кВт. Баллон может состоять из стекла, металла, металла и стекла вкупе и из металлокерамики. Работа генераторной лампы делится на импульсную и работу непрерывного действия.

В связи с вырабатываемым генераторной лампой диапазоном волн и мощностью конструкции их различны и каждая обладает конкретной особенностью. Маломощные генераторные лампы работают при отрицательном напряжении в 500 Вт, по своему строению схожи с приемно-усилительными лампами. Некоторая часть электрической энергии источника питания, подводимая к генераторной лампе, генерируется в полезную энергию. Другая часть энергии нагревает анод и рассеивается им. Генераторные лампы со средней и большой мощностью работают при напряжении отрицательного заряда в 20 кВт. В них применяются разнообразные катоды и аноды. Вольфрамовый, вольфрамовый торированный и карбидированный катоды используются с подогревом. Медный анод охлаждают воздушным или водяным способом. Анод становится частью баллона генераторной лампы и снабжается специальным радиатором. По другому способу анод вместе с сетками выплавляют из молибдена и вольфрама, металлов, которые являются тугоплавкими.

При изготовлении очень мощных генераторных ламп, мощностью 500—1500 кВт, их конструируют полуразборными или полностью разборными. Полуразборные генераторные лампы охлаждают водяным способом, а в разборных лампах постоянно откачивают воздух вакуумными насосами.

Декадно-шаговый искатель

Декадно-шаговый искатель – это электромеханическое устройство, которое предназначено для автоматического анализа поступающих импульсов. Каждый импульс соответствует одной определенной цифре, которая набирается при пульсовом наборе. Этот искатель является основным элементом декадношаговой АТС.

Декадно-шаговый искатель изобрел А. Б. Строуджер в 1889 г. Его изобретение настолько успешно внедрилось в систему телефонной связи, что и по сей день АТС декадно-шагового типа составляет около 25% от общего количества ГТС. Первую такую АТС с шаговыми искателями сконструировали М. Ф. Фрейденберг и С. М. Бердичевский-Апостолов в 1895 г.

Основными частями данного искателя являются контактное поле, к которому подключены все абонентские линии; щетка, с которой связана линия вызывающего абонента; двигающий механизм, устанавливающий щетку на требуемом контакте, таким образом соединяя линию вызывающего абонента с линией вызываемого.

Декадно-шаговый искатель состоит из храпового механизма и электромагнита. Храповый механизм перемещает вращающийся контакт по десяти различным зафиксированным положениям. Контактное поле искателя разделено на 10 рядов, в каждом из которых по 10 контактов; по этой причине искатель называется декадным, deka – в переводе с греческого означает «десять». Второе название декадного искателя – шаговый – связано с принципом его действия. Контактные щетки совершают вращательные движения и при очередном притяжении электромагнита передвигаются по контактному полю шаг за шагом.

Сам механизм, управляющий процессом, представляет собой ось с закрепленными на ней щетками, вращающий и подъемный электромагниты, а также барабан с поперечными и продольными зубьями.

Номеронабиратель набирает первую цифру, от импульсов которой подъемный электромагнит притягивает якорь требуемое количество раз. Собачка якоря упирается в один из поперечных зубцов барабана, что поднимает ось и щетку на нужное количество шагов. Вторая цифра также передает импульсы, но щетку поворачивает уже вращающий электромагнит. По этой системе один декадно-шаговый искатель обслуживает АТС, у которой 100 абонентов.

Декадно-шаговый искатель сокращенно именуют ДШИ-100 – по сокращенному названию и количеству обслуживаемых абонентов.

С помощью функциональной схемы АТС декадно-шаговой системы можно пронаблюдать, как взаимосвязаны отдельные части определенного устройства. В АТС на 100 номеров каждая линия отдельного абонента включена в щетки линейного искателя, одновременно с этим она включена и в ламели контактного поля всех искателей данной АТС. Каждая абонентская линия подключается к своему индивидуальному искателю, за счет чего на АТС требуется сто искателей ДШИ-100.

В связи с тем, что из всех 100 абонентов АТС одновременно могут разговаривать только от 10 до 15 пар, то использование таких искателей достаточно ограничено. А из-за того, что емкость контактного поля декадно-шагового искателя составляет не более ста номеров, то и емкость всей АТС также представляется ограниченной.

Чтобы увеличить емкость АТС до необходимого количества номеров, а также сократить количество декадношаговых искателей, пользуются способом последовательного группового искания. Если требуется увеличение емкости АТС до 10 000 номеров, то вводят вторую ступень группового искания, нумерация такой линии будет уже четырехзначной.

На АТС емкостью более 1000 номеров применяется трехступенчатый поиск абонента: предварительное, групповое и линейное. В предварительном искании задействован предыскатель, состоящий из линейного, зуммерного и разделительного реле, вращающегося электромагнита и импульсника. Когда абонент поднимает трубку, срабатывает линейное реле. При подключении абонента к групповому искателю включается разделительное реле. Зуммерное реле подается при занятом номере.

В групповом и линейном искании абонента подключаются соответственно групповой и линейный декадно-шаговые искатели.

У каждого абонента имеется индивидуальный предыскатель. Когда при поднятии трубки срабатывает линейное реле, щетки предыскателя начинают вращаться. Они останавливаются только тогда, когда находят свободный групповой искатель. К одному предыскателю подключены 10 групповых искателей, и поэтому, при занятости всех искателей, абонент слышит короткие гудки. При нахождении свободного искателя щетки предыскателя прекращают вращение, вызывающий абонент соединяется с вызываемым абонентом.

Механические контакты декадно-шагового искателя находятся в постоянном движении, постепенно изнашиваются и окисляются. Эти изменения приводят к повышению сопротивления в месте контакта. Такое сопротивление, кроме всего прочего, имеет переменный характер еще и в связи с вибрацией стоек из-за мощных электромагнитов. В результате этого в процессе разговора слышны посторонние шумы и различный треск, что мешает разговору и негативно влияет на системы передачи дискретной информации.

Детектор

Детектор – это устройство, состоящее из электронной схемы, обрабатывающей сигналы. Выходной сигнал этой схемы зависит от определенных параметров входного сигнала.

В последнее время появилось множество разнообразных видов детекторов: детектор лжи, детектор движения, синхронный детектор, детектор частиц, полупроводниковый детектор, сцинциляционный детектор, детекторы излучения, применяющиеся в самых разнообразных областях науки – от медицины и физики до техники оптической связи.

Детектор движения выполняет функцию обнаружения любых перемещений объектов в поле зрения видеокамеры. При нахождении такого движения выполняется захват звука, видео или скриншот. Детекторы движения используются также в системе видеонаблюдений за квартирой, магазином, стоянкой автомобиля, маленьким ребенком. Установив детектор, можно свободно отлучаться от наблюдаемого места, все происходящее отражается на экране слежения, а при признаках любого движения детектор подает звуковой сигнал.

Синхронный детектор фиксирует полезный переменный сигнал с выхода приемного усилителя, и преобразовывает его в постоянный сигнал. Синхронным он называется из-за синхронизации опорного сигнала и детектируемого. Одной из важнейших особенностей синхронного детектора считается выделение полезного сигнала на фоне различных шумов и помех, амплитуда которых превышает амплитуду полезного сигнала. На выходе синхронного детектора динамический диапазон довольно широк. В составе детектора, кроме всего прочего, имеется нелинейный усилитель, сжимающий динамический диапазон. Звуковой сигнал индикации формируется специальным блоком, не реагирующим на малые сигналы. Поэтому звуковая индикация принимает только превосходящие определенный порог сигналы. В результате такого устройства слабые сигналы, возникающие при движении прибора, не мешают работе. Чаще всего детектор применяется в синхронном режиме. В ключевом синхронном детекторе имеется дифференциальный вход, на который подаются два сигнала в противофазе. Затем они действуют на электронный или механический переключатель. Он является быстродействующим, переключение производится мгновенно, а сопротивление равно нулю при замкнутом состоянии. Синхронный детектор обладает некоторым количеством полезных свойств. Во-первых, это способность детектора совершать свою работу при детектируемом сигнале любой величины. Во-вторых, синхронный детектор может работать как фазовый. В результате этого составляющие сигнала разделяются на активную составляющую и реактивную. И, в-третьих, синхронный детектор обладает частотно-избирательными свойствами. Применяется такой детектор в радиоприемниках.

В детекторе лжи, очень популярном на сегодняшний день, чувствительные измерительные приборы подключены к датчикам. Датчиками обычно выступают эластичный браслет, электронное устройство и система, закрепляемая на груди исследуемого человека. С помощью браслета на подвижной ленте записываются изменения давления и пульса. Электронное устройство измеряет и делает запись изменения сопротивления кожи. Электроды такого устройства в виде браслетов крепятся на кистях рук. Система передает и записывает ритм дыхания. Записывающая лента движется со скоростью 160 мм/мин.

В последнее время в рентгенотехнике активно применяются полупроводниковые детекторы. На их основе построены твердотельные экраны. Полупроводниковые детекторы содержат пиксельную матрицу и периферийные устройства. Матрицы бывают как прямого, так и непрямого преобразования излучения рентгеновских лучей. При прямом преобразовании детектор содержит фоторезистор на основе аморфного селена, преобразовывающий фотоны излучения в электрический сигнал. При противоположном преобразовании используются сцинтилляторы, которые переводят рентгеновское излучение в оптическое.

Кремниевые микросхемы координатных детекторов используются в построении мозаичных рентгеновских экранов. Один из них – квантовый детектор для регистрации рентгеновского излучения, его энергии, времени прихода и координат. Он состоит из прямоугольной матрицы двух полярных транзисторных структур с двумя эмиттерами. Благодаря квантовому детектору можно получить радиационные изображения высокого качества, но размером не более 10 × 10 см. Кроме этого, при работе квантового детектора необходимо обязательно использовать быстродействующие внешние устройства и компьютер. Аналоговые детекторы способны регистрировать излучение в области заряда транзистора или с помощью экрана. Элементы матрицы, входящей в состав аналогового детектора, запоминают возбужденный рентгеновскими квантами заряд. В цифровом детекторе кванты, которые поступают в матрицу, а также аналоговый сигнал запоминаются и отсчитываются. За счет такого детектора возможно получение высокого качества изображения объекта.

Автомобильный радар-детектор пассивно принимает сигналы. Он сигнализирует своему владельцу при всех принимаемых им сигналах любых диапазонов в радиусе своего действия.

Последний изобретенный учеными Эдинбурга детектор – это детектор мышьяка. С его помощью в питьевой воде можно обнаружить даже ничтожно малое содержание мышьяка.

Дешифратор

Дешифратор – это комбинационное устройство для расшифровки сообщения. Информация декодированного сообщения переводится в код воспринимаемой системы. Это устройство является прямо противоположным устройству, применяемому для шифрования, – шифратору. Дешифратор имеет несколько входов и выходов. На входы дешифратора поступает информация, которая расшифровывается и на выходе преобразовывается в сигнал. Сигнал указывает содержание входной информации. При конструировании структуры дешифратора ему задается определенное соответствие: каждому отдельному сигналу на входе дешифратора соответствует сигнал на выходе. Также имеет место быть соответствие между комбинациями сигналов на входе и выходе.

Дешифратор был разработан под руководством Э. Ю. Салаева при помощи полупроводников в середине XX в.

Дешифратор по своему предназначению должен выбирать по номеру одно из цифровых устройств, а затем активизировать его. При подключении к дешифратору нескольких микросхем их входы соединяются с его выходом. При высоком логическом уровне на входе микросхема, которой принадлежит этот вход, не срабатывает или выключается. При низком же уровне микросхема активизируется. Чтобы включить микросхему, необходимо подать на ее вход нужный код номера, в то время как остальные микросхемы будут находиться в отключенном состоянии.

Применяют дешифратор в разнообразных устройствах, обрабатывающих и передающих информацию. В вычислительной технике применяются декодеры, преобразователи представления величин. Эти устройства дешифруют коды в другие коды или эквивалентные им величины. В радиотехнике используются детекторы и демодуляторы. Дешифратор принимает сообщение по радиосигналу, параметры которого меняются с изменением передаваемого сообщения. В телемеханике с помощью дешифратора расшифровываются сообщения, коды по структуре принимаемых сигналов. Импульсы образуют сигналы, и при обретении ими определенных признаков создается структура сигналов. Признаками импульсов считаются частота и порядок следования, полярность, длительность, амплитуда и группировка импульсов. В системе телеуправления в конструкцию дешифратора закладывается программа, в соответствии с которой дешифратор анализирует принимаемые сигналы. Эти сигналы подаются через выход дешифратора на вход исполнительных механизмов объекта управления. Одним из важнейших свойств дешифратора является избирательность, благодаря которой цепи входа воспринимающих систем защищаются от ложных посторонних сигналов. Кроме этого, дешифраторы активно действуют в системе телефонно-телеграфной связи. От предназначения дешифратора зависит его структура, количество входов и выходов, форма и последовательность поступающих и передаваемых сигналов. В цифровой технике дешифратор применяется наряду с такими устройствами, как счетчики, регистры и т. д. Он используется для преобразования двоичного кода в линейный. Когда на вход дешифратора подается двоичное число, оно преобразовывается в выходной сигнал только тогда, когда номер выхода соответствует этому двоичному числу.

Дешифратор представляется в виде микросхемы или в составе нескольких микросхем. Дешифраторы бывают разных видов: мультиплексор, демультиплексор, ОЗУ, ПЗУ, в их состав входят восьмеричные и десятичные дешифраторы. Цифровые микросхемы имеют около 14 выходов, практически все выходы максимально задействованы в работе. Если микросхемы реализуют простейшие логические элементы, в корпус каждой такой микросхемы помещаются несколько однотипных элементов.

Во многих сериях логических микросхем используются дешифраторы. Это такие схемы, как ТТЛ-155, 555, 1533, а также КМОП-176, 564, 1561.

Пирамидальные дешифраторы реализуют свою схему только с двухвходовыми элементами логической конъюнкции. Если входных переменных большое количество, пирамидальный дешифратор уменьшает число интегральных микросхем, т. е. упрощает конструкцию устройства.

Диаскоп

Диаскоп – оптическое устройство, проецирующее увеличенное изображение прозрачных объектов на экран. Экран может располагаться на стене, на удалении от диаскопа, или быть встроенным в него. Разновидность диаскопа – фильмоскоп. Эти приборы используют для показа чертежей, чтения микрофотокопий, в учебном процессе для демонстрации учебных пособий.

Директорная антенна

Директорная антенна – это линейная система параллельных полуволновых электрических вибраторов. Вибраторы перпендикулярны своей линии расположения, которая совпадает с направлением излучения и приема. Длина директорной антенны равна половине длины волны. Применяются директорные антенны, как правило, в приеме телевизионных программ. Синонимом директорной антенны является волновой канал.

Директорную антенну изобрел в конце 1930-х гг. ученый Осакского университета Хидецугу Яги. Она была названа в его честь Уда-Яги-антенной. Изобретение выдающегося японского ученого принесло огромную пользу при создании и разработке радиолокаторов в дальнейшем.

В состав директорной антенны входят активные вибраторы, подключающиеся к источникам питания – рефлектору, директорам. Система антенны направляет излучение через рефлектор к директорам, или, по-другому, директорным вибраторам. Расстояние между несколькими вибраторами обычно составляет меньше четверти длины волны. Активный вибратор получает питание от генератора, дает толчок к началу работы: от активного вибратора вдоль системы пробегает волна к пассивным вибраторам. Активный вибратор равен приблизительно 0,450 длины волны. Вибраторы укорачивают на 510%, чтобы фаза тока в них отставала. Чтобы фаза тока опережала и отражала излучение активного вибратора, рефлекторы удлиняются на 35% по отношению к резонансной длине. Принцип работы директорной антенны заключается в синфазном сложении поля и пассивного вибратора. В противоположной стороне поля они преобразуются в противофазные сложения и компенсируют друг друга. Такая направленность достигается благодаря настройкам резонанса, выбором длин рефлектора и директоров, а также выбором определенного расстояния между вибраторами.

Директорная антенна, состоящая из большого количества вибраторов, представляет собой синфазную антенную решетку. Такие решетки используются радиолюбителями на УКВ. Диапазон директорной антенны различен, но в основном используется сантиметровый диапазон.

Если действие директорной антенны направлено в определенную сторону, оно зависит от ширины этого направленного действия и развернутости угла главного лепестка диаграммы. У различных антенн имеются направленные свойства, оцениваемые в точке приема коэффициентом направленного действия. Коэффициент измеряется в антенне тремя способами, или методами. Это графоаналитический способ, способ сравнения и способ зеркального изображения.

Характеристики направленности директорной антенны получают с помощью специальной установки. Сигналы с детектора директорной антенны подаются на вход измерительного устройства, усиливающего их.

Дискриминатор

Дискриминатор – это устройство, которое преобразует изменение электрического сигнала в изменение полярности напряжения. Параметры такого электрического сигнала считываются со входа дискриминатора, полярность напряжения – с его выхода. Термин «дискриминатор» происходит от латинского слова discrimino, что означает «различаю».

Дискриминатор сравнивает значения амплитуды, полярности, частоты входного сигнала с номинальным значением одного из этих параметров опорного источника сигнала. При таком различении на выходе дискриминатора напряжение становится рассогласованным. Степень и знак отклонения значения определенного параметра входного от номинального сигнала определяют амплитуду и полярность.

Дискриминаторы различаются по параметрам сигнала: амплитудный, временной и фазовый дискриминаторы. В амплитудном дискриминаторе находится специальный уровень, пропускающий лишь сигналы с высокой номинальной амплитудой. Такое электронное устройство применяется для проведения анализа сигналов по амплитуде. Интегральный амплитудный дискриминатор регистрирует импульсы, превышающие порог дискриминации. Дискриминатор содержит компаратор, пороговую схему сравнения. Действует компаратор при превышении напряжением порогового значения. В качестве пороговой схемы сравнения используются триггеры, туннельные диоды, высокочувствительные усилители. Дифференциальные амплитудные дискриминаторы регистрируют импульсы, когда амплитуда исследуемого сигнала больше нижнего, но меньше верхнего порога дискриминации. Их второе название – одноканальные амплитудные анализаторы. Временной дискриминатор собирается по схемам совпадений или несовпадений. В таком случае, соответственно, выходной сигнал появляется или пропадает при совпадении входного и опорного импульсов во времени. В фазовом дискриминаторе применяется опорный сигнал, образующийся с уже зафиксированной начальной фазой. Это происходит тогда, когда дискриминатор преобразовывает высокочастотные колебания в амплитудные и модулированные колебания. Амплитудные и модулированные колебания впоследствии подаются на детектор.

Применяется дискриминатор в фазовых и частотных детекторах различных радиоприемников, системе авторегулирования устройств телемеханики, в приборах и устройствах ядерной физики и в измерительной технике. Его используют для демодуляции сигналов с широкоимпульсной модуляцией, в устройствах автоматической подстройки частоты, в диапазонных генераторах. Дискриминатору, применяемому в устройствах автоматики, соответствует уровень напряжения, равный нулю. Поэтому с его помощью можно не регулировать порог срабатывания разных устройств.

В некоторых дискриминаторах используется хронирование, которое фиксирует момент регистрирования события в детекторе. Эти одноканальные анализаторы работают с помощью спектрометрических сигналов. В других, быстрых дискриминаторах сигналы поступают через детекторы, или через быстрые усилители. В таких устройствах дискриминация более грубая.

Хронирование, или временная привязка, применяется по переднему фронту импульса, по нулю импульса с двумя полюсами. Как правило, быстрыми по своему действию создаются интегральные дискриминаторы. Если входные сигналы своей амплитудой превышают установленный в дискриминаторе уровень, то осуществляется хронирование. Дифференциальные дискриминаторы создаются быстрыми по действию, реже хронирование в них происходит при установленном диапазоне входящих амплитуд. Точность хронирования зависит от изменения параметров амплитуды, шумов, формы импульсов. Временная привязка переднего фронта импульса происходит с помощью порогового устройства, включающегося при достижении входным сигналом уровня дискриминации. За счет этого возникает логический импульс, который фиксирует момент регистрации появления сигнала детектором. Импульсы, у которых уровень амплитуды больше, пересекают порог дискриминации раньше, чем импульсы с меньшей амплитудой. При использовании обычного дискриминатора амплитудную зависимость временной привязки можно убрать.

В одноканальных анализаторах также могут быть получены хронирующие сигналы. В отличие от действия быстрых дискриминаторов в них точность временной привязки более низкая, но для многих опытов она вполне достаточна.

Диссектор

Диссектор – это передающая телевизионная трубка, не накапливающая электрический заряд. Название диссектора происходит от латинского глагола «рассекаю». Диссектор активно применяется в автоматических вспомогательных системах телевидения. В этой сфере он используется для того, чтобы определить источник света. При освещении положительный фотозаряд диссектора излучает с поверхности электроны, их плотность соответствует необходимому распределению освещенности поверхности.

Изображение создается на фотокатоде, после этого оно переносится в магнитном поле к электронному умножителю. Магнитное поле отклоняющихся катушек раскладывает электронное изображение на электрические сигналы. Магнитное поле отклоняющихся катушек изменяется в двух перпендикулярных друг другу направлениях относительно оси отверстия входа электронного умножителя. Пройдя через коллектор электронного умножителя, сигналы переходят в усилитель автоматической системы.

Диссектор как высокочувствительное устройство, преобразовывающее свет в сигнал, изобрел Б. А. Рчеулов в 1922 г. Позднее, через три года, он подвергся усовершенствованию учеными Р. Хеллом и М. Дикманом. В 1930 г. Ф. Фарнсуорт окончательно ввел термин «диссектор» в научный оборот и создал диссектор изображений. В то время диссекторы использовались не по прямому назначению, как задумывалось создателями, а оказывали свое содействие при показе кинофильмов по телевидению.

Состоит диссектор из объектива, фотокатода, отклоняющейся катушки, фокусирующей катушки, электронного умножителя, коллектора электронного умножителя. Кроме этого, из источника постоянного напряжения, который подается на фокусирующую катушку; источника постоянного напряжения, который подается на электроды электронного умножителя; конденсатора, который разделяет электрические цепи по постоянному току; резистора, который сопротивляется нагрузке, на его концах образуется напряжение сигналов.

В медицине диссектор применяется для катетеризации мочеточника. В состав такого диссектора входят две соединенных между собой с помощью шарниров бранши с губками на концах, кремальеры и концевые ручки. Губки бранши соединены друг с другом сквозными окнами, на их внутренней части располагаются конусообразные углубления.

Диссектор, использующийся в промышленности, представляет собой трубки мгновенного действия. Он начал применяться в то же время, что и иконоскоп.

В телевизионных автоматических и астрономических системах диссекторы также нашли себе применение.

Задающий генератор

Задающий генератор – это генератор любой мощности с самовозбуждением. В задающем генераторе возбуждаются электрические колебания высокой стабильности. Задающий генератор раньше использовался в электронных лампах, на данный момент он активно применяется в полупроводниковых приборах.

Задающий генератор является составной частью возбудителя в радиопередатчике. Он задает частоту колебаний в передатчике. На СВЧ он используется в качестве выходного каскада. Основным критерием оценки генератора является высокая стабильность частоты. Задающий генератор должен выполнять функцию усилителя мощности, т. е. вырабатывать высокую выходную мощность.

Конструируется задающий генератор с таким расчетом, чтобы в нем гармонические колебания возбуждались без внешних воздействий. В этом процессе основным элементом считается резонатор с колебательным характером переходного процесса. По сути своей резонатор является колебательным контуром, в котором, при поступлении в него энергии, возникают затухающие со временем колебания тока. Резонатор должен обладать высокой добротностью, чтобы происходила компенсация потерь. Источник энергии – электрическое поле, энергия которого с помощью активного элемента преобразуется в энергию колебаний. На СВЧ резонаторами могут быть ферритовые сферы, диэлектрические шайбы, в диапазоне высоких частот – кварцевые пластины. Активными элементами выступают полевые либо биполярные транзисторы, туннельные и лавиннопролетные диоды.

Самая распространенная стабилизация частоты задающего генератора – кварцевая. Задающий генератор генерирует колебания на выходе радиопередатчика, усиливающиеся за счет генератора с внешним возбуждением.

В радиопередатчике с высокой стабильностью частоты каскад, как правило, выполняет функции и задающего генератора, и усилителя.

При небольшой стабильности колебаний высокой частоты и малой выходной мощности в задающем генераторе частота выравнивается с помощью кварцевого резонатора. Для частоты генератора выделяется отдельный усилитель мощности.

Первичный задающий генератор использует эталонные стандарты частоты и формирует выходные синхронные сигналы.

Вторичный задающий генератор, благодаря резервированию блоков генераторного оборудования, обладает высокими показателями надежности. Он выбирает логически входной сигнал синхронизации и отличает его от других источников. Генератор обрабатывает и фильтрует сигнал, после этого распределяет его между другими элементами узла.

Задающий генератор, встроенный в сетевой мультиплексор, носит название генератора сетевого элемента. Он принимает входные сигналы синхронизации, которые поставляют ему внешние источники. Генератор выбирает один из источников и производит его минимальную фильтрацию. Генератор сетевого элемента использует свой внутренний задающий генератор при повреждении входных сигналов синхронизации. Задающий генератор, работая в таком запоминающем режиме частоты, фиксирует приблизительную частоту входного синхронного сигнала.

В телекоммуникационных системах при принудительной синхронизации используется задающий генератор, называемый в данном контексте ведущим. С помощью промежуточных генераторов он обеспечивает сигналами синхронизации остальные задающие генераторы, называемые ведомыми. В случае, если все задающие генераторы управляют друг другом, такой способ синхронизации называется взаимным. При смешанной синхронизации задающий генератор передает сигналы ведомым генераторам и обменивается синхронными сигналами с другими ведущими генераторами. При низкой стабильности частот задающих генераторов взаимная синхронизация допускается в том случае, если генераторы уравновешивают частоты всех задающих генераторов. Стабильность частоты повышается, чувствительная синхронизация продолжается.

Замкнутая телевизионная система

Замкнутая телевизионная система – это телевизионная система, в которой местные кабельные линии связи соединяют передающие камеры и приемные устройства. Замкнутая телевизионная система не используется для телевизионного вещания, а применяется в решении задач прикладного характера – в медицине, промышленности, а также задач, связанных с транспортом, и т. д. Параметры замкнутой системы таковы: способ развертывания изображения и его синхронизация, число строк и частота кадров. Они определяются своим целевым значением, не всегда связанным со стандартами телевещания. Передающая камера замкнутой системы довольно проста. Она содержит в себе передающую трубку с отклоняющейся системой, суперортикон при небольшом освещении и видикон при хорошей освещенности. Кроме этого, в состав камеры входит предварительный усилитель видеосигнала. Камера работает автоматически или управляется дистанционно.

В замкнутой телевизионной системе используется несколько видов аппаратуры. В одноканальной замкнутой телевизионной системе используется простая аппаратура. Это передающая камера и приемное устройство, работающие друг от друга на расстоянии от 150 до 200 м. Общий генератор, находящийся в приемном устройстве, подает ток в отклоняющиеся системы приемной и передающей трубок. Эта аппаратура не выполняет синхронизацию развертывания и не формирует полный телевизионный сигнал, чего от нее и не требуется. Многоканальная замкнутая телевизионная система, более сложная в отличие от предыдущей, представляет собой общий блок коммутации и управления камерами, а также совокупность нескольких одноканальных телевизионных систем. Между камерой и приемными устройствами может пролегать расстояние в 1 или 2 км.

В последнее время очень распространены так называемые замкнутые системы наблюдения, или системы телевизионного наблюдения. Такая система составляет разнообразный комплекс средств физической защиты. С помощью системы телевидеонаблюдения на пункте управления доставляется истинная информация о событиях, происходящих на участке контроля.

За счет этого может приниматься адекватное обстановке решение по предотвращению нежелательной негативной ситуации и пресечение возможных необратимых последствий.

Таким образом, система телевизионного наблюдения регистрирует, обрабатывает, хранит и воспроизводит видеоинформацию. Кроме этого, система наблюдения фиксирует сигналы тревоги, которые могут поступать от систем комплекса.

Система видеонаблюдения может функционировать независимо, автономно, а может работать в сочетании с другими системами. Реализуют систему телевизионного наблюдения несколько уровней управления: системы, подсистемы и локальные процессоры. Уровень систем составляют графический интерфейс и сервер базы данных. Уровень подсистем включает в себя матрицы и видеорегистраторы. А локальные видеорегистраторы и приемники телеметрии входят в состав уровня локальных процессоров.

Система видеонаблюдения реализуется на базе телевизионных камер и мониторов, объективов, осветителей и поворотных устройств.

Запоминающий электронно-лучевой прибор

Запоминающий электронно-лучевой прибор – это электровакуумный электронный прибор, который предназначен для преобразования информации. Информация подается по электронно-лучевому прибору в виде световых или электрических сигналов. Запоминающий электронно-лучевой прибор использует в своей работе поток электронов, которые сфокусированы в электронный луч. Прибор может управлять электронным пучком, менять его интенсивность и положение в пространстве.

Луч формирует электронная пушка, изменение потенциала модулятора изменяет интенсивность луча, а электрическое и магнитное поля отклоняют луч в двух направлениях. Электронный пучок направляется в двумерную мишень, взаимодействуя с ним. После этого взаимодействия, в зависимости от структуры и свойств данной мишени, сигналы преобразуются.

Если в качестве мишени электронно-лучевого прибора выступает люминесцентный экран, состоящий из люминофоров, которые светятся при взаимодействии с электронами, то такой прибор может визуализировать электрические сигналы. Это происходит из-за способности прибора преобразовывать временные последовательные электрические сигналы в определенное, чаще всего двумерное распространение яркости света экрана.

Визуализация, проведенная одним из способов, происходит при поступлении электрических сигналов на катушки или отклоняющиеся пластины. Сигналы управляют положением и размещением пучка на экране, вследствие чего на экране проецируется графическое изображение сигналов. Приборы, работающие в таком режиме, получили название осциллографических электроннолучевых трубок. На экране можно увидеть чертежи, буквы и цифры, различные другие символы, если положение луча корректируется горизонтально и вертикально специальными сигналами.

Электронно-лучевые приборы этой структуры применяются при устройствах отображения информации. Приборы, отображающие знаки, называются знакопечатающими электронно-лучевыми трубками.

Существует огромное количество разновидностей запоминающего электронно-лучевого прибора, в частности трубок. По названию различаются осциллографические, телевизионные передающие и приемные, специальные. В них положением электронного луча в пространстве управляют электрические и магнитные комбинированные поля. Электрические поля, кроме этого, управляют плотностью тока.

Визуализация, реализованная с помощью другого способа, связана с перемещением электронного луча с определенной концепцией по поверхности экрана. При перемещении, развертке входной сигнал посылается на управляющий электрод и меняет некоторые параметры. Интенсивность электронного луча изменяет яркость свечения экранных точек, воссоздавая полутоновое изображение, которое подобно последовательности электрических сигналов. Этот принцип лежит в основе действия кинескопа, который превращает телевизионный сигнал в телевизионное изображение, и индикаторной электронно-лучевой трубки, создающей радиолокационное изображение.

Кроме люминесцентного экрана, мишенью электронно-лучевого прибора может быть светочувствительный слой, который под воздействием света меняет свои электрические свойства. Приборы с такой мишенью осуществляют обратное действие: двумерное оптическое изображение преобразуют в последовательные телевизионные сигналы. Изображение, передаваемое прибором, проецируется на мишень, в результате чего поверхность светочувствительного слоя меняет ток, через него протекающий. Ток, изменяющийся во времени, и есть телевизионный сигнал. Электронно-лучевые приборы, занимающиеся такими преобразованиями, называются передающими телевизионными трубками.

В светоклапанных электронно-лучевых приборах используются эффекты окрашивания некоторых кристаллов, электрооптические эффекты в кристаллах для воздействия электронов на вещество, и в результате этого происходят модуляции света. В этих приборах электронный пучок изменяет определенное оптическое свойство мишени, что приводит к модуляции светового потока. Такой поток, подвергшись модуляции, передает оптическое изображение, которое проецируется на большой экран с помощью объектива.

Мишени электронно-лучевого прибора существуют также в виде диэлектрического слоя с электропроводящей подложкой. Электронный луч накапливает на диэлектрическом слое электрические заряды.

Металлические мишени электроннолучевого прибора мгновенно изменяют электрические сигналы. Такая мишень принадлежит кодирующему электронно-лучевому прибору, она помогает преобразовываться аналоговому сигналу в дискретный, который образуется в форме последовательной серии импульсов двоичного кода. Электронно-лучевой прибор становится переключателем, коммутирует электрические цепи со слабым током, если металлическая мишень делится на изолированные секторы.

Простейший электронно-лучевой прибор состоит из пучка электронов, мишени, электронной пушки, отклоняющихся пластин, вакуумной оболочки, модулятора и источника электронов.

Электронно-лучевой прибор может сохранять в течение некоторого времени электрические сигналы, записанные на мишени. Электронно-лучевой прибор выдает информацию в виде изображений на экране. Кроме этого, прибор используется для многократного воспроизведения записанных сигналов, селекции движущихся объектов и для преобразования радиолокационных сигналов в телевизионные.

Запоминающие электронно-лучевые приборы разделяются по характеру своего изображения. Они бывают полутоновые и бистабильные, создающие изображения без всяких полутонов. Современные электронно-лучевые приборы поражают своим разнообразием в конструкции и применении. В суперортиконах мишень с двумя сторонами, сигнал выводится с помощью обратного луча. Видиконы применяют фотопроводящую мишень, сигнал передается с помощью сигнальной пластины. В супервидиконах функции входного катода и носителя потенциального рельефа разделены, в результате чего происходит перенос изображения в определенной секции. Мишень пировидиконов изменяется в зависимости от температуры. Еще одним типом электронно-лучевого прибора является диссектор, производящий внешний фотоэффект.

Затвор фотографический

Затвор фотографический – устройство, предназначенное для точного дозирования при съемке времени прохождения (выдержки) световых лучей через объектив фотоаппарата к светочувствительному слою фотоматериала. Выдержки, т. е. промежутки времени, отмериваемые затвором, в современных массовых фотоаппаратах лежат в пределах от 1/30 до 1/500 с. Такой диапазон выдержек позволяет экспонировать фотопленку в дневное время при большинстве значений диафрагмы объектива. Затворы фотоаппаратов более высокого класса позволяют экспонировать светочувствительный материал с выдержками от 1 до 1/1000 или даже 1/2000 с.

Основными техническими характеристиками затворов являются количество и диапазон автоматически отмеряемых выдержек и степень их точности, то есть соответствие фактической выдержки установленному значению.

Стабильность отработки затвором той или иной выдержки должна соблюдаться в разнообразных климатических условиях: в дождливую и сухую погоду, в мороз и жару.

Каждый затвор с неавтоматическим управлением выдержками снабжен специальными деталями или устройствами, расположенным на внешних частях корпуса фотоаппарата (объектива) и позволяющими управлять работой затвора. К ним относятся спусковое устройство, или спусковая кнопка, с помощью которой затвор приводится в действие, и нимб (или рычаг) установки величины выдержки. В простых фотоаппаратах с центральным затвором имеется еще один орган управления – заводной рычаг (или заводная головка), предназначенный для завода пружины затвора и приведения его в готовность. В более совершенных фотоаппаратах эти операции производятся одновременно с переводом пленки одной общей заводной рукояткой или рычагом (курком).

На лимбе или на шкале около рычага установки выдержки нанесены буквенные и цифровые обозначения всех выдержек, обрабатываемых затвором. Буквой «Д», а в фотоаппаратах зарубежного производства буквой «Т», обозначена длительная выдержка, при установке лимба или рычага регулятора на это деление затвор при первом нажатии на спусковую кнопку откроет доступ световым лучам к эмульсионному слою фотопленки, а при повторном нажатии перекроет световой поток, проходящий через объектив. Буквой «В» обозначена выдержка «от руки», т. е. такое действие затвора, при котором нажатие на спусковую кнопку приводит к открытию затвора, а ее освобождение – к закрытию. Помимо этих буквенных обозначений, на лимбе головки или шкале рычага установки выдержки нанесены цифры, представляющие собой геометрическую прогрессию (каждая последующая цифра приблизительно вдвое больше предыдущей): 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 125, 250, 500, 1000. Это принятый во всем мире ряд выдержек, где цифра является знаменателем дроби, в числителе у которой единица и которая обозначает время выдержки, отрабатываемой затвором. Так, установка лимба на цифру 30 обозначает, что затвор при нажатии на спусковую кнопку откроет путь лучам света на 1/30 с.

В настоящее время наиболее широко распространены затворы двух типов – центральные и шторно-щелевые. В них используют электрические устройства – электродвигатели, электромагниты и механические пружины.

Центральный затвор установлен внутри объектива (междулинзовый) или сразу за ним (залинзовый). Состоит такой затвор из тонких металлических пластинок – ламелей, имеющих определенную конфигурацию. Ламели снабжены штырьками, с помощью которых механизм затвора поворачивает их в момент открытия и закрытия. Обычно число ламелей не превышает пяти, но в простых фотоаппаратах затворы иногда состоят из двух и даже из одной ламели. В многоламельных затворах ламели, заходя друг за друга, преграждают путь световым лучам, проходящим через объектив. При срабатывании механизм затвора раздвигает ламели от центра объектива к краям, открывая тем самым путь световым лучам. После окончания выдержки механизм затвора двигает ламели в обратном направлении, вновь их сдвигая. При этом независимо от степени раскрытия ламелей лучи света, прошедшие через объектив, одновременно попадают на все участки кадра, экспонируя светочувствительный материал одновременно по всей поверхности.

Механизм центрального затвора состоит из пружины, энергия которой используется для движения ламелей, и системы шестеренок – анкерного механизма, дающего возможность регулировать промежуток времени между открытием и закрытием ламелей. Современные центральные затворы фотоаппаратов высокого класса вместо анкерного механизма оборудованы электронными системами отсчета интервалов выдержек, состоящими их транзисторных схем и электромагнитов, управляющих движением ламелей. В полностью электрифицированных затворах движение ламелей осуществляется с помощью специально разработанных малогабаритных электродвигателей.

Наряду с очевидными преимуществами – чрезвычайно равномерным экспонированием всей поверхности кадра и одновременностью экспонирования всех точек его поверхности – центральные затворы обладают существенными недостатками, что ограничивает повсеместное их применение. Так, в центральных затворах чрезвычайно трудно достичь коротких выдержек (1/300 с и короче), при больших диаметрах линз объектива конструкция затвора становится громоздкой и медленнодействующей, а в однообъективных зеркальных фотоаппаратах конструкция затвора особенно усложняется. Кроме этого, в случае использования ряда сменных объективов каждый из них должен быть снабжен своим центральным затвором, что ощутимо усложняет конструкцию и повышает стоимость объективов.

В 1883 г. С. Г. Юрковским был изобретен шторно-щелевой (затвор при пластинке) затвор. Необходимость его возникла с ростом светочувствительности новых сухих бромосеребряных желатиновых фотоматериалов. Возможность очень коротких выдержек при помощи шторного затвора надо считать большим достижением, поскольку он позволял фотографировать и изучать отдельные стадии быстрых движений. Шторный затвор получил широкое применение в современных малоформатных фотокамерах.

В отличие от центрального шторнощелевой затвор расположен внутри светонепроницаемой камеры непосредственно перед светочувствительным материалом. В зависимости от материала и формы шторок, а также от направления их движения, эти затворы подразделяют на шорные, веерные и ламельные. Сами шторки, преграждающие путь световым лучам, изготовлены либо из прорезиненной ткани, либо из тонкого профилированного металла.

Шторно-щелевой затвор состоит из двух эластичных светонепроницаемых шторок, натянутых с помощью шелковых тесемок вдоль кадрового окна, за которым расположена фотопленка. При движении тесемки со шторками сматываются с одного валика и наматываются на другой, тянут их пружины, помещенные внутри валиков. При установке выдержки «В» нажатие на спусковую кнопку освобождает валик, на который намотаны тесемки открывающей шторки, и она перемещается слева направо под действием пружины. С этого момента начинается экспонирование кадра фотопленки. После опускания кнопки освобождается валик, на который намотана закрывающая шторка, и под действием тесемок эта шторка начинает двигаться вслед за открывающей – экспозиция прекращается. При установке одной из автоматически отмеряемых механизмом затвора выдержек нажатие на спусковую кнопку, как и в первом случае, освобождает открывающую шторку, которая в процессе своего движения в заданном месте растормаживает закрывающую шторку, и та начинает двигаться вслед за первой. Таким образом, шторки мимо кадрового окна двигаются одновременно на некотором расстоянии одна от другой, и через образовавшуюся щель происходит последовательное экспонирование всей поверхности кадра фотопленки.

Перемещение лимба установки величины выдержки приводит к изменению момента начала движения второй шторки по отношению к моменту начала движения первой шторки, а значит, к изменению ширины щели между шторками. От ширины щели при постоянной скорости движения шторок зависит время воздействия света на эмульсионный слой фотопленки.

В отличие от шторного веерный затвор состоит из нескольких металлических ламелей, соединенных друг с другом наподобие лепестков веера. Затвор представляет собой две веерные секции. При нажатии на спусковую кнопку ламели первой секции складываются, уходя в сторону от кадрового окна и освобождая тем самым путь световым лучам к фотопленке, а после окончания выдержки ламели второй секции раскрываются, закрывая собой кадровое окно фотоаппарата.

Естественно, что и шторный, и веерный затворы перед экспонированием необходимо взвести, переместив шторки или ламели в исходное (взведенное) состояние. Обычно эта операция совмещена с перемещением фотопленки – установкой против кадрового окна ее неэкспонированного участка.

Для синхронизации работы импульсных осветительных ламп с работой затвора в последний вмонтированы специальные синхроконтакты, электрическое соединение которых со схемой лампы-вспышки осуществляется либо с помощью специального коаксиального разъема, установленного на внешней поверхности корпуса фотоаппарата (или объектива), либо с помощью плоского контакта, помещенного в клемму, крепящую лампу-вспышку на корпусе фотоаппарата. В связи с тем что длительность свечения импульсной электронной лампы составляет около 1/1000 с, синхронизация световой вспышки с работой затвора возможна только при всех выдержках, отрабатываемых центральным затвором, и лишь при некоторых выдержках шторного затвора, когда кадровое окно фотоаппарата открывается полностью, т. е. величина щели между шторками равна или превышает величину кадрового окна.

Для большинства фотоаппаратов эта выдержка составляет 1/20 с, а в некоторых моделях она уменьшена до 1/125 с.

Зеркальный фотоаппарат представляет собой устройство, в котором изображение в видоискателе, образуемое на матовом стекле или фокусирующем элементе объективом и зеркалом, служит для наводки на резкость. Зеркало расположено под углом 45° к оптической оси объектива и установлено таким образом, чтобы расстояние от оптической поверхности последней линзы объектива до плоскости фотопленки было равно расстоянию от линзы до отражающей поверхности, прибавленному к расстоянию от линзы до рабочей плоскости элемента оценки резкости.

Принцип, положенный в основу зеркального фотоаппарата, был известен задолго до открытия фотографии. Впервые портативная зеркальная камера-обскура упоминается в 1686 г. И. Зан описал зеркальную камеру-обскуру в виде деревянного ящика шириной и высотой 23 см и длиной 61 см. Изображение в ней фокусировалось на промасленную бумагу или опаловое стекло посредством объектива в тубусе.

В 1861 г. английский фотограф Т. Сэттон запатентовал первый однообъективный зеркальный фотоаппарат. Разработанный им фотоаппарат определил тип зеркальных камер на ближайшие два десятилетия. Зеркало этого фотоаппарата приходилось поднимать вверх вручную. В 1883 г. было предложено устройство для автоматического подъема зеркала, а пять лет спустя – автоматически убирающееся зеркало, связанное с наружным шторным затвором. Промышленный выпуск однообъективных фотоаппаратов был начат в 1890-х гг.

В 1880—1890-х гг. стали известны портативный зеркальный фотоаппарат (1884 г.), аппарат с фокальным затвором (1889 г.), русский зеркальный фотоаппарат «Рефлекс» (1896 г.), американский «Графлекс» (1898 г.), который выпускался в разных модификациях вплоть до конца Второй мировой войны.

В 1880 г. Беком изобрел двухобъективный зеркальный фотоаппарат.

В конце XIX в. был выпущен ряд фотоаппаратов с наружным центральным затвором, на 24 кадра размером 3 × 4 см на листовую пленку или на 12 кадров на стеклянные пластины («Артистс камера», 1891 г.), а также на 48 кадров, получаемых с помощью адаптера на катушечную пленку.

Однообъективные фотоаппараты тех лет, как правило, представляли собой большой ящик со светозащитной крышкой наверху, служившей шахтой для наблюдения. Фокусировка объектива осуществлялась по матовому стеклу посредством зубчатой пары (шестерня-рейка) или же с помощью винтового устройства. Технический уровень этих фотоаппаратов был достаточно высок: затвор с выдержками до 1/1000 с, сменные объективы, устройство для поперечного смещения объектива, сменная задняя крышка, бинокулярная купа, установлена внутри шахты.

Основные проблемы, стоявшие перед разработчиками фотоаппаратов, были следующие:

  1) упрощение конструкции затвора, предназначенного для обеспечения необходимых выдержек при экспонировании пластин большого размера. В 1904 г. в фотоаппарате «Графлекс» был применен затвор с регулируемой шириной щели;

  2) уменьшение вибрации фотоаппарата при работе массивного зеркала. С этой целью в фотоаппарате «Сохо Рефлекс» было введено пневматическое демпфирующее устройство.

К недостаткам однообъективных аппаратов тех лет следует отнести их громоздкость, значительную массу.

Это заставило конструкторов обратиться к разработке фотоаппаратов для катушечной фотопленки, а также к созданию складывающихся аппаратов (1901 г.). Так, в 1908 г. появилась «Хосутон Фолдинг Рефлекс», в Дрездене была сделана клаппкамера «Ментор» (1913 г.). Ее модификация «Маленький ментор» имела размеры 12 × 13,5 × 14 см и весила менее 1,2 кг. Еще в 1907 г. англичанин Н. Черрилл предложил складную камеру, принцип которой в дальнейшем был использован в современной камере («Поляроид Сэкс-70 Лэнд Камера», 1972 г). В 1921—1925 гг. фирма «Ихаге» (Германия) выпустила семейство аппаратов «Пафф» (от 4,5 × 6 до 10 × х 5 см на фильмпак, пластины).

Из других однообъективных фотоаппаратов тех лет упомянем немецкий «Эрманокс», оснащенный светосильным объективом «Эрностар» (1 : 1,8), и английский «Бритиш Инсайт Спид Фильм Рефлекс» (1925 г.).

Форму и размеры, которые ассоциируются с современными зеркальными фотоаппаратами, камеры приобрели в 1930-е гг. Это были фотоаппараты формата 6 × 6 см для пленки типа 120 («Новифлекс», 1935 г., «Экзакта», 1937 г.; «Примарфлекс», 1937; «Корелле Рефлекс», 1937 г. и др.). Для пленки типа 127 были сделаны четыре модели фотоаппарата «Экзанта» на 8 кадров размером 2 × 1 5/8 см (1933—1937 гг.). В СССР в начале 1930-х гг. Киевская фабрика ФОКХТ разработала зеркальный фотоаппарат типа «Ментор».

К этому периоду относится рождение знаменитого двухобъективного фотоаппарат «Роллейфлекс» на формат 6 × 6 см (1928 г.) и на формат 4 × 4 см (1931 г.). В 1937 г. в первую камеру был введен автоматический транспортирующий механизм. В последующие годы – автоматическая компенсация параллакса (начало 1950-х гг.), пентакризма, выпущены модели с широкоугольными и телеобъективами. В 1950-х гг. японской фирмой «Конисироку фото Инд. Ко» был изготовлен двухобъективный фотоаппарат, позволявший изменять фокусное расстояние объектива в диапазоне 85—135 мм путем смены передних компонентов.

Позже идея производства подобных фотоаппаратов со сменными объективами была реализована в фотоаппарате «Мамияфлекс». Середина 1950-х гг. явилась периодом наибольшего расцвета двухобъективных фотоаппаратов (3% от общего выпуска фотоаппаратов в 1956 г.).

Развитие малоформатной фотографии поставило на повестку для создание однообъективных фотоаппаратов для 35-мм фотопленки. В нашей стране первая попытка использования принципа зеркального аппарата была сделана А. Минном в 1929 г. (фотоаппарат на 75 кадров размером 32 × 24 мм), на Западе – в 1933 г. в виде приспособления для «Лейки».

В 1936 г. фирма «Ихаге» выпустила малоформатный зеркальный фотоаппарат («Кино-Экзанта»). Американский журнал «Популаф фотографии» писал в 1976 г., что этот фотоаппарат был единственным вплоть до 1940 г. А между тем в 1936 г. в нашей стране начался массовый выпуск фотоаппарата «Спорт», созданного в 1935 г.

В 1982 г. Д. Шнейдер писал в американском журнале «Модерн фотографии» о том, что русские победили ведущие индустриальные страны мира в изобретении наиболее важного типа фотоаппаратов ХХ в. Отмечая высокие конструктивные и технологические характеристики фотоаппарата, автор статьи развенчал тех западных специалистов, которые пытались доказать, что такой аппарат мог быть сделан только в Германии. Аппарат имел объектив «Индустар-10» 3,5/50, шторный затвор (1/25—1/500 с, «В»), наводку на резкость по шкале расстояний (от 1 м до ∞) или матовому стеклу. Фотоаппарат позволял получить 50 кадров.

1940—1950-е гг. прошли под знаком развития уже известных моделей и перехода к системным фотоаппаратам. В это время появились аппараты со встроенной («Контакс Д») и сменной пентапризмой (1949, 1953 гг.). сменным видоискателем (1953 г.), самовозвращающимся зеркалом («Асахифлекс П», 1954 г.), автоматизированной (прыгающей) или наружной диафрагмой, встроенной вспышкой (1957 г.).

1960-е – начало 1970-х гг. без преувеличения можно назвать поворотными в истории развития фотоаппаратостроения. Этот период характеризуется широким внедрением метода измерения экспозиции в ходе лучей объектива, образующих изображение (система ТТЛ). На выставке «Фотокино-60» был представлен опытный образец малоформатного фотоаппарата «Пентакс» с изменением света по указанной системе. Введение фоторезисторов на обратной стороне зеркала («Топкон Супер», 1963) открыло путь к промышленному использованию системы ТТЛ.

Японской фирмой «Конисироку Фото Инд. Ко» был выпущена зеркальная камера «Коника Ауторефлекс» с автоматикой по данной системе (1967 г.). В ГДР был изготовлен первый европейский однообъективный фотоаппарат с изменением света через объектив («Практика мат»). К этому периоду относятся постановка на производство отечественного полуавтомата «Зенит-4», наиболее широко представляющего нашу страну на зарубежном фоторынке, автомата диафрагмы («Киев-10», 1964 г.), и его дальнейшее развитие с использованием системы ТТЛ.

Большое внимание уделялось разработке механизмов, определяющих тип рассматриваемого фотоаппарата: узлов зеркала и видоискателя. Появились устройства, обеспечивающие сложное перемещение зеркал, их мгновенный возврат в исходное положение, отключение зеркала в верхнем положении и даже зеркало, состоящее из двух частей. Для наводки на резкость использовали коллективную линзу Френеля с круговым растром и фокусирующими клиньями, расположенными горизонтально или по диагонали, матовое стекло и микропризменный растр.

Для макросъемки были применены лекгосъемные сменные фокусировочные экраны, представляющие собой матовую коллективную линзу с прозрачным полем в центре и перекрестием штрихов, матовая специальная линза с квадратной сеткой и т. д.

В 1970-е гг. появились сменный видоискатель со встроенной экспозиционной системой и сервоприводом для автоматической установки диафрагмы («Канон Ф-1», 1970 г.); однообъективный фотоаппарат, оснащенный затвором с электромеханическим управлением выдержками и автоматическим управлением экспозицией с помощью системы ТТЛ; измерение света, падающего непосредственно на фотопленку; измерение света при полной диафрагме, в частности, система электрической имитации диафрагмы и переноса установленного значения диафрагмы из объектива в камеру; автоматическое управление экспозицией с помощью компьютера на кремнистых кристаллах; 35-мм однообъективный фотоаппарат со встроенной вспышкой; первый многорежимный автоматический фотоаппарат; электронный пятирежимный автомат; 35-мм фотоаппарат со встроенным микродвигателем для перемотки фотопленки и автоматической зарядки.

На выставке «Фотокино-78» был представлен зеркальный фотоаппарат, одноступенного диффузионного процесса «Полароид Сэкс-70 Сонар автофокус» с электронным затвором, автоматической установкой экспозиции, автоматической фокусировкой с помощью встроенного ультразвукового локатора, индикацией посредством светодиодной матрицы.

Фотоаппарат позволял получить десять цветных фотографий размером 8 × 8 см. Причем в сложенном состоянии фотоаппарат имел размеры 250 × х 220 × 20 мм и весил 0,74 кг.

В 1981 г. фирмой «Сони» был показан опытный образец с магнитной записью изображения («Мавика»).

А в 1982 г. появился однообъективный зеркальный фотоаппарат на 35-мм фотопленке «Олимпус ОМ-30», в котором управление съемочным процессом производилось одним нажатием на спусковую кнопку.

Все это стало возможным благодаря прогрессу микроэлектроники. Так постепенно в процессе развития зеркальный фотоаппарат превратился из громоздкой деревянной камеры в сложное автоматическое устройство.

Как уже говорилось, зеркальные фотоаппараты подразделяются на однообъективные и двухобъективные. В двухобъективном фотоаппарате, кроме съемочного, имеется объектив для получения изображения предмета в видоискателе.

За этим объективом в отдельной камере установлено неподвижное зеркало. Камера-видоискатель конструктивно объединена со съемочной камерой. Оба объектива имеют равные фокусные расстояния и установлены на одной плате. Объектив видоискателя имеет большую светосилу и используется при максимальном относительном отверстии, что, однако, делает невозможным контроль глубины резкости в поле зрения видоискателя. Наличие 2 объективов, смещенных на некоторое расстояние друг от друга, приводит к параллаксу изображения в поле зрения видоискателя. При съемке с близкого расстояния изображение в видоискателе не соответствует изображению, получаемому в кадровом окне фотоаппарата, в результате чего часть изображения на фотоматериале срезается.

Обычно двухобъективный фотоаппарат применяют для съемки с уровня пояса, получают на матовом стекле видоискателя изображение, перевернутое справа налево. Для фотографирования с уровня глаз и для получения нормального изображения применяют сменный призменный видоискатель.

Однообъективным зеркальным фотоаппаратом называют фотоаппарат, в котором съемочный объектив посредством зеркального отражения или светоделения служит также для получения изображения в видоискателе.

Однообъективный зеркальный фотоаппарат имеет следующие преимущества:

  1) отсутствие параллакса изображения;

  2) возможность использования различных объективов;

  3) удобство и оперативность фотографирования подвижных предметов, что обеспечивается механизмом самовозвращающегося зеркала и механизмом автоматизированной диафрагмы; возможность съемки с близкого расстояния, макросъемки, фотомикрографии;

  4) возможность предварительного контроля глубины резкости.

В большинстве однообъективных фотоаппаратов зеркало в момент экспонирования фотоматериала убирается, освобождая путь световому потоку, прошедшему через объектив. При этом зеркало или заслонка окуляра закрывает доступ постороннему свету к видоискателю, создавая светонепроницаемую камеру.

Расположенная в зоне верхней кромки зеркала подвеска обеспечивает ему два фиксированных положения: нижнее – для визирования, верхнее – для экспонирования фотоматериала.

Габаритные размеры зеркала обуславливаются компоновкой фотоаппарата, заколом движения зеркала, стремлением получить в поле зрения видоискателя изображение, равное изображению в кадровом окне, а также исключить виньетирование. Положение зеркала и характер его движения ограничивают численное значение заднего отрезка объектива. Стремление уменьшить указанный размер привело к разработке нескольких механизмов:

  1) механизм, в котором зеркало перемещается по сложной траектории;

  2) механизм, в котором зеркало не поднимается к фокусирующему экрану, а наоборот, опускается вниз ко дну камеры;

  3) устройства с составным зеркалом;

  4) конструкции, где вместо подвижного зеркала применена подвижная призма, которая в момент экспонирования фотоматериала убирается из зоны хода лучей объектива.

Габаритные размеры зеркала определяются также диапазоном фокусных расстояний сменных объективов, используемых с данным фотоаппаратом.

Зеркало делают самовозвращающимся. В основу данной конструкции положено использования двух пружин, отличающихся разными усилиями. Сильная пружина натягивается при взводе фотоаппарата. После нажатия на спусковую кнопку энергия этой пружины используется для подъема зеркала, управления приводом диафрагмы объектива, завода слабой пружины. При верхнем положении зеркала срабатывает затвор, после чего запас энергии слабой пружины расходуется на опускание зеркала.

В некоторых фотоаппаратах имеется устройство для фиксации зеркала в верхнем положении (замок), используемое, например, при работе со сверхширокоугольным объективом, объективом с коротким задним отрезком, при использовании моторного привода.

Работа механизма зеркала связана с работой механизмов взвода затвора и транспортирования фотоматериала. Несмотря на такой сложный цикл взаимодействия, время между нажатием на спусковую кнопку и открыванием затвора, как правило, не превышает 0,02 с.

Основные особенности лучших однообъективных зеркальных фотоаппаратов: системность, применение затвора с электронно-механическим управлением выдержками, автоматическое управление экспонированием, автоматическая наводка на резкость, использование моторного привода, широкое применение средств отображения информации о состоянии функциональных параметров, возможность использования автоматических импульсных ламп-вспышек.

Значительным шагом в совершенствовании зеркального фотоаппарата стала камера «Минолта Динакс», в которой реализованы функции, ранее присущие только отдельным фотоаппаратам. Она оснащена компьютерным устройством с 10 сменными электронными картами (20 × 30 см), обеспечивающими определенный режим работы фотоаппарата.

Одна из карт позволяет производить изменение режима управления экспозицией, «удерживание» объекта в сфокусированном положении, автоматические прямую и обратную перемотку пленки, позволяет также указывать положение конца пленки при завершении обратной перемотки. Группа карт служит для работы камеры в режиме автомата диафрагмы, обеспечивая короткую выдержку, обеспечивает автоматическую установку диафрагмы и выдержки для получения необходимой глубины резкости в зависимости от увеличения предмета (съемка портрета) и для получения резкости предмета и фона на заднем плане, а также автоматическую установку диафрагмы и выдержки в соответствии с увеличением, глубиной, яркостью объекта и колебанием фотоаппарата.

Другая группа карт позволяет автоматически вводить коррекцию экспозиции на 0,3, 0,5 и 1 ступень, экспонируя 3,5 и 7 кадров, т. е. обеспечивать нормальную экспозицию, недодержку или передержку, производить автоматически сдвиг программы, реализуя разные комбинации диафрагмы и выдержки при одной и той же экспозиции в ярком световом пятне или в тени, гарантируя автоматическую компенсацию экспозиции при съемке белых и черных предметов, получать специальные эффекты, в частности мягкое изображение, зумирование во время экспонирования перемещением объектива в момент работы затвора, запоминать определенную информацию при съемке и идентифицировать ее на дисплее камеры.

Большинство моделей малоформатных зеркальных фотоаппаратов выпуска 1975—1985 гг. имели штатный объектив с максимальным относительным отверстием 1 : 4—1 : 7, электронный затвор с металлическими ламелями, движущимися в вертикальном (реже горизонтальном) направлении, видоискатель с полем зрения, составляющим 93% от площади кадрового окна, ручное и автоматическое управление экспозицией, центрально-взвешенное светоизмерение в широком диапазоне экспозиций, ручной ввод числа светочувствительности в диапазоне 12—3200 АСА, ручные и автоматические фокусировку, взвод затвора и перемотку пленки. При этом масса камеры составляла 450—650 г. С 1970-х гг. зеркальный фотоаппарат стал ведущим типом фотоаппарата, аккумулировав передовые достижения науки и техники.

В конце 1980-х гг. в развитии фотоаппаратостроения наметилось новое направление, связанное с началом производства так называемых бридж-камер (от англ. bridge – «мост»).

Они представляют собой соединение лучших конструктивных решений компактных и зеркальных фотоаппаратов. Камеры оснащены объективом с переменным фокусным расстоянием со светосилой 3,5—6,7, что стало возможным благодаря появлению высокочувствительных фотоматериалов, имеют автофокус, не требуют светоизмерения за объективом. Все это позволило упростить процесс съемки, обеспечить качество изображения, приемлемое для среднего фотолюбителя.

Фотоаппарат – оптико-механический прибор для создания оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое фотоматериала (фото– или кинопленке, фотопластинке и др.).

При фотографировании оптическое изображение объекта съемки с помощью оптической системы проецируется на светочувствительный слой фотоматериала в течение определенного промежутка времени, который называется выдержкой. В результате в светочувствительном слое образуется скрытое изображение объекта съемки, которое после химико-фотографической обработки фотоматериала превращается в видимое негативное или позитивное изображение.

Фотоаппарат состоит из ряда узлов и механизмов: съемного объектива, фокусирующего устройства, видоискателя, затвора, кассеты, а иногда и дополнительных устройств.

Известный с древности простейший прибор – камера-обскура, которой пользовались все изобретатели фотографии, – представлял собой светонепроницаемую коробку, в передней стенке которой имелось небольшое отверстие диаметром в 150—200 раз меньше, чем расстояние до экрана – фокальной плоскости, на которой располагался светочувствительный слой, воспринимающий перевернутое изображение. При этом условии аберрации (искажения – нерезкость изображения) практически отсутствовали, и качество изображения зависело только от дифракции света (отклонений от его прямолинейного распространения). Изменение масштаба изображения достигалось в некоторых пределах посредством удаления экрана от пропускающего свет отверстия.

Впоследствии в отверстие камеры-обскуры помещали собирательную линзу, причем ради возможности фокусирования фотокамеру составляли из двух задвигающихся друг в друга частей. Обычно с целью устранения аберраций фотообъектив сильно диафрагмировался. Уже в XVIII в. французский изобретатель Ж. Н. Ньепс пользовался ирисовой диафрагмой, состоявшей из нескольких серповидных лепестков, равномерно расположенных вокруг оптической оси объектива и связанных кольцом, при повороте которого изменялось световое отверстие. Однако это устройство было забыто и его «изобрели» много лет спустя, – сейчас прессовой диафрагмой снабжают объективы большинства фотокамер.

В начале 1840-х гг. во Франции возникло кустарное производство примитивных деревянных фотокамер. В 1841 г. была сконструирована небольшая фотокамера для дагерротипии с металлическим корпусом и портретным объективом Петцваля. Но только в 1888 г. за рубежом было положено начало выпуску фотокамер, приближавшихся к современному типу. В этом же году американский изобретатель Д. Истмен, основатель комплексной фотографической фирмы «Истмен-Кодак», разработал фотоаппарат, названный «Кодак № 1», ящичного типа, заряжавшийся роликовой лентой с эмульсионным слоем – сначала на бумажной основе, а позднее на прозрачной целлулоидной, каждый кадр имел круглое изображение диаметром 61/2 см. На фотокамеру «Кодак», дешевую и простую в обращении, быстро возник огромный спрос.

Популярность «Кодака» способствовала разработке и выпуску других подобных моделей, постепенно совершенствовавшихся вплоть до самых современных. В 1924 г. «Лейтц» в Германии выпустила впервые модель малоформатного аппарата «Лейка», рассчитанную на 35-мм роликовую пленку. «Лейка» легла в основу большого числа аналогичных аппаратов, выпускаемых и в настоящее время в разных странах.

Проникновение фотографии в Россию пробудило изобретательскую мысль отечественных фотографов. Так, московский фотограф А. Ф. Греков, увлекшийся дагерротипией, начал изготовлять для продажи деревянные камеры-обскуры простейшей конструкции.

Новый по тому времени (1885 г.) «походный фотографический прибор» разработал и построил подполковник И. И. Филиппенко для работ в экспедициях. Комплект устройства – фотоаппарат и приспособление для проявления пластинок на свету – умещался в небольшом чемодане.

В 1890 г. лейтенант Н. Н. Апостоли изготовил двойную камеру, верхняя часть которой служила для наводки на фокус по матовому стеклу и визирования во время съемки нижней камерой.

Фотограф И. Яновский описал в 1894 г. изобретенный им хронофотографический аппарат «для снимания ряда положений движущегося предмета», позволявший расчленять в виде серии моментальных фотографий движение объекта на отдельные фазы.

К началу 1890-х гг. в России появился ряд фотографических мастерских, в которых изготовляли аппараты на продажу и выполняли заказы на опытные экземпляры.

Заслуживает внимания применявшаяся в Первую мировую войну перископическая установка системы А. В. Мартынова, предназначенная для фотографирования панорам неприятельских позиций.

Она состояла из перископа, лимба с делениями (в градусах), отвеса и штатива, фотокамера крепилась в верхней части перископа на специальной площадке. Бурному прогрессу фотографии, особенно во второй половине ХХ в., способствовали как успехи в области химических процессов обработки фотоматериалов и создания новых фотоматериалов, так и достижение в области съемочной фототехники, в частности внедрение микроэлектроники, применение машинных методов расчета оптических систем, новых сортов стекол и др.

1970-е гг. отмечены в развитии фотоаппаратостроения технологической революцией, приведшей к качественному изменению системы фотоаппаратуры. В частности, в фототехнику внедрены электронные схемы с большой степенью интеграции, микропроцессоры, осуществляющие, наряду с обработкой данных, и управление узлами, устройства с зарядовой связью и другие достижения, сделавшие реальностью автоматизацию всех сторон съемочного процесса.

В соответствии с практическими потребностями конструкторы оснастили фотоаппарат большим количеством весьма сложных механических, оптических и электронных устройств и приспособлений, обеспечивающих быструю и удобную съемку в самых разнообразных условиях.

Современная промышленность выпускает большое количество разнообразных фотоаппаратов. По своему назначению фотоаппараты могут быть общего назначения и специальные.

Первые – фотоаппараты для любителей и фотографов-профессионалов – предназначены для обычных съемок, ко вторым относятся узкоцелевые фотоаппараты, которые применяются для специальных научных или технических работ, например для аэрофотосъемки, для фотографирования со спутников и т. п.

Важная характеристика фотоаппарата, во многом определяющая его назначение и качество получаемых с его помощью снимков, – размер негативного изображения. Все фотоаппараты общего назначения по этому признаку могут быть разделены на пять групп:

  1) миниатюрные, или мелкоформатные, с размером негатива от 10 × 14 до 14 × 21 мм;

  2) полуформатные с размером негатива 18 × 24 и 24 × 24 мм;

  3) малоформартные с размером негатива 24 × 36 мм;

  4) среднеформатные с размером негатива от 4,5 × 6 до 6 × 9 см;

  5) крупноформатные с размером негатива 9 × 12 см и больше.

Миниатюрные фотоаппараты рассчитаны на получение позитивного изображения небольшого формата – до размера почтовой открытки. Получить с их помощью большие по размеру снимки практически невозможно – изображение оказывается грубозернистым и нерезким.

Значительно большие по размеру отпечатки можно сделать с негативов полуформатных фотоаппаратов, однако в целом аппараты этой группы представляют собой простые модели. К их достоинствам можно отнести возможность отснять на одном ролике фотопленки стандартной длины в полтора или два раза большее количество снимков по сравнению с малоформатными фотоаппаратами, что часто особенно удобно во время туристических поездок.

Малоформатные фотоаппараты представляют собой наиболее многочисленную и широко распространенную группу фотоаппаратов общего назначения, т. е. все классы, начиная от простейших, предназначенных для самых неопытных, начинающих фотолюбителей, и кончая универсальными – для профессионалов.

Малоформатные фотоаппараты имеют существенные недостатки: значительное увеличение изображения в процессе проекционной печати приводит к некоторой потере резкости, использование высокочувствительных пленок влечет за собой увеличение зернистости изображения, малейшие дефекты негатива – царапины, полосы, натертости – получаются на снимках многократно увеличенными.

Сравнительно большие размеры негативов среднеформатных фотоаппаратов, а следовательно, малые увеличения при печати, обеспечивают очень высокое качество снимков практически всех используемых форматов. Крупноформатные фотоаппараты большей частью используют в бытовой портретной фотографии, при архитектурных и других специальных видах съемки.

По типу используемых негативных материалов все фотокамеры можно разделить на пленочные и пластиночные.

Классифицируя фотоаппараты по такому важному для практических целей параметру, как система фокусировки объектива, можно выделить из общего числа следующие группы:

  1) шкальные, т. е. фотоаппараты, у которых фокусировка объектива производится по шкале расстояний;

  2) дальномерные, у которых фокусировка объектива осуществляется с помощью оптического дальномера, кинематически связанного с перемещением объектива относительно фотопленки;

  3) с визуальной фокусировкой, т. е. все зеркальные фотоаппараты.

К узлам и устройствам современных фотоаппаратов относятся: объектив, который может быть встроенным или съемным, светонепроницаемая камера, затвор, видоискатель, предзназначенный для направления фотоаппарата на объект съемки и для определения границ кадра, устройство фокусировки объектива, система механизмов и устройств, обеспечивающих возможность многократной съемки, и др.

Светонепроницаемая камера представляет собой внутренний объем корпуса фотоаппарата, расположенный между объективом и светочувствительным материалом. В некоторых фотоаппаратах этот объем ограничен по бокам растягивающимся мехом, что позволяет перемещать при фокусировке объектив, установленный на передней стенке корпуса, по отношению к задней части корпуса, в которой находится светочувствительный материал. Для предотвращения паразитных бликов, возникающих при отражении прошедшего через объектив света от внутренних поверхностей светонепроницаемой камеры, ее стенки окрашены черной матовой краской. Иногда внутри камеры устанавливают специальные щитки, которые препятствуют попаданию на светочувствительный материал лучей света.

Звуковоспроизведение

Звуковоспроизведение – это процесс воспроизведения звуковых колебаний. Некоторые последователи High Art'а считают звуковоспроизведение самостоятельным видом искусства, который подчинен законам творчества. Художественная ценность выступает главным критерием и главной задачей воспроизведения звука.

Первоначально создавались монофонические одноканальные системы звуковоспроизведения, ставшие уже классическими. Цель монофонической системы заключалась в максимально точной передаче звукового образа. Локализация звука позволяла получить богатое и естественное звучание. Но ощущение, получаемое человеком при прослушивании живой музыки, когда из общего звучания можно выделить отдельно звуки каждого инструмента, монофоническая система звучания не в состоянии передать. В процессе звуковоспроизведения создается впечатление, что все звуки слились и передаются по одному каналу.

Качество звучания одноканальных систем воспроизведения звука с развитием и модернизацией техники перестало удовлетворять слушателей, поэтому начались разработки по созданию многоканальной системы звучания. В середине XX в. начинают активно использоваться двухканальные стереофонические системы воспроизведения звука, сохраняющие его пространственное ощущение. И по сей день стереоформат считается основным форматом звуковоспроизведения. Название стереофонической системы происходит от греческого слова stereos, означающего «пространственный». В двухканальных стереофонических системах панорама мнимых источников звука синтезируется и создает эффект пространственного звучания между двумя громкоговорителями. Но панорама создается плоская, и она ограничена углом между несколькими направлениями громкоговорителей. Самая простая стереофоническая система состоит из двух микрофонов, двух независимых каналов и двух громкоговорителей. Принцип стереофонического звучания не позволяет воссоздать того естественного звукового окружения, в котором человек воспринимает источники звука с различных сторон.

Несколько позже конструкторами были разработаны амбиофонические системы, передающие диффузный звук. Основные каналы имеют большую мощность, чем дополнительные, а частотный диапазон дополнительных каналов равен частоте диффузного сигнала. Дополнительные динамики направляются на стены и потолок для рассеивания звучания.

В 1970-х гг. появляются четырехканальные системы воспроизведения звука, или квадрофонические. Они оказались более совершенным продолжением амбиофонических систем. Носителями звуковой информации четырехканальных систем выступали виниловые диски и магнитные ленты. Были разработаны такие системы, как дискретная, или полная система JVC CD-4, матричные системы Sansui QS и CBS SQ. Эти системы не только оказались несовместимыми друг с другом, но и стали конкурировать на рынке квадрофонических систем. В дискретной системе находились четыре независимых канала звуковоспроизведения. Матричная система также состояла из четырех каналов, звук от которых кодировался для записи в два канала, а при воспроизведении декодировался уже в четыре канала. Матричная система уступала по качеству дискретной, так как постоянные кодировка и декодирование ухудшали качество звучания. Одним из матричных форматов, применяющихся в кинотеатрах, является Dolby Stereo. Впервые такой четырехканальный формат применили в 1975 г. при показе знаменитых «Звездных войн». На сегодняшний день насчитывается около 40 000 кинотеатров, использующих матричную систему звуковоспроизведения Dolby Stereo. Для домашних кинотеатров Dolby Stereo имеет аналог Dolby Pro-Logic, которым пользуются около 30 млн обладателей домашних кинотеатров. Dolby Digital, другое название которого – Dolby Surround AC-3, представляет собой цифровую систему кодирования. Она отличается от предыдущих аналоговых систем наличием шести каналов.

Пять каналов этой системы обладают полным диапазоном, а шестой представляет собой низкочастотный канал.

Дискретная система воспроизведения звука, в свою очередь, также обладала недостатком – она отличалась неэкономичностью из-за большого количества каналов в устройстве и практически несовместимостью с грампластинкой, основным носителем звуковой информации того времени.

Еще в 1950-х гг. для получения панорамного звучания, или «эффекта зала», использовались системы трехмерного воспроизведения 3D и Raumton. Звук передавался монофонически, а встроенные или выносные громкоговорители излучали звук вбок и вверх, создавая впечатление большого пространства.

С появлением цифровых носителей информации конструкторы вновь заинтересовались системами объемного звучания. Уровень шумов в таких системах звуковоспроизведения мал, а динамический диапазон системы не ухудшает даже аналоговая обработка сигнала. Это привело к разработке звуковых цифровых процессоров, таких, как Digital Sound Processor. Процессоры объемного звучания активно применяются в автомобильных аудиосистемах, позволяющих даже в автомобиле создавать эффект панорамного звучания.

Звукозапись

Звукозапись – это процесс сохранения колебаний в диапазоне 20—20 000 Гц речи, музыки и других звуков. Записанная информация является результатом звукозаписи. Носителем сохраненной информации может быть грампластинка, магнитная лента, компакт-диск и др. Звукозапись производится специальными устройствами, такими как микшерный пульт, микрофон, магнитофон и др.

Впервые звук был записан в 1877 г., и с тех самых пор звукозапись в основном используется при записи музыкальных альбомов. Через 20 лет в России появились первые грампластинки и граммофоны, и уже к 1907 г. количество выпущенных грампластинок превысило 5 млн. Этот успех обуславливался тем, что из-за слабых потоков информации, по сравнению с сегодняшними технологиями, грампластинка была практически единственным способом оставить творчество потомкам и сделать его доступным для современников.

Интересна история отца звукозаписи, американского ученого Т. Эдисона. Как-то раз, работая над улучшением телефона, он припаивал к тонкой стальной пластинке, диафрагме телефона, иглу. Он так увлекся процессом работы, что запел модную песенку. Пластинка задрожала, и игла уколола палец знаменитому изобретателю. Но, как и все ученые, он не стал огорчаться по поводу болезненного ощущения, а сразу задумался. Он подумал, что такие колебания иглы можно было бы записать так, чтобы потом такая же игла прочитала бы запись, и пластинка «заговорила». Благодаря такому курьезному случаю на свет появился фонограф. Эдисон, будучи немного глуховат, не был большим поклонником музыки и пророчил своему изобретению самые различные области применения, только вот о музыке подумал не сразу. 12 августа 1877 г. механическим способом Эдисон записал известную песню «Mary had a little lamb».

Первая звукозаписывающая машина состояла из цилиндра, поворачивающегося с помощью ручки, рожка, затупленной иглы. Звук, входящий в широкий конец рожка, вызывал колебания мембраны, закрывающей узкий конец. За счет колебаний игла двигалась под действием звуков вверх и вниз. Она вдавливалась в оловянную фольгу, которая покрывала цилиндр, и двигалась вместе с рожком по периметру цилиндра, пока крутилась ручка. Игла, обойдя вдоль цилиндра несколько раз, прокладывала на фольге дорожку. Она делала разные по глубине бороздки, когда записывался голос или мелодия. Для воспроизведения записанных звуков игла ставилась к началу бороздки. Двигающаяся игла заставляла вибрировать мембрану, причем совершенно так же, как это происходило при записи. Воздух колебался в рожке, и были слышны записанные звуки.

Для звукозаписи необходимы: прибор для трансформации звуковых колебаний в электрические, генератор тона, устройство для генерирования электрических колебаний в последовательную запись цифр. Кроме этого, нужно устройство для сохранения записанной информации на определенный носитель. Для преобразования звуковых колебаний в электрические используется микрофон, звуковой синтезатор, представляющий собой генератор тона. Сохраняют записанную информацию магнитофон, специальное устройство для записи на определенный носитель, или компьютерный винчестер.

Звукозапись различается по разным признакам. По месту и способу записи звука различаются студийные, внестудийные и трансляционные. По цели и назначению – учебные, развлекательные и т. д. По времени использования в вещании и длительности хранения – разовые, уникальные, фондовые.

Одним из способов звукозаписи является аудиозапись. Она может осуществляться акустическим и электроакустическим способами.

При акустической звукозаписи работой прибора, который воздействует на определенный носитель, руководят звуковые колебания. При электроакустической записи колебания звука преобразовываются в электрические колебания, которые поступают в записывающий прибор. С помощью последнего способа звукозаписи качество звучания получается заметно лучше, поэтому им пользуются гораздо чаще, чем первым. Электроакустическим способом пользуются также при воспроизведении звука, электрические колебания преобразуются громкоговорителем в звуковые.

Существует три системы звукозаписи. Одна из них, механическая, при которой игла выдавливает на поверхности носителя дорожку, соответствующую форме звуковых колебаний. Этот способ применял еще Эдисон. Другой способ звукозаписи, фотографический, при котором звуковые колебания и форма луча света, падающего на киноленту, изменяются одновременно. Звук как будто фотографируется, а после проявки на пленке проявляется темная дорожка записи. Чтобы таким образом воспроизвести пленку, записанную дорожку просвечивают лучом света. Луч падает на фотоэлемент, который преобразует световые колебания в электрические. Фотографическая запись используется в звуковом кино. Первым аппаратом для такой звукозаписи был созданный в 1901 г. немецким инженером Э. Румером фотографофон. Третий способ звукозаписи – магнитный, при его использовании звуковые колебания и некоторые участки носителя намагничиваются одновременно. Они движутся через магнитное поле, которое создает магнитная головка. Через обмотку головки проходит электрический ток микрофона. При воспроизведении звука в магнитной головке возбуждаются с помощью фонограммы электрические сигналы. В 1898 г. датчанин В. Паульсен изобрел аппарат телеграфон для магнитной записи звука. С середины XX в. получила широкое распространение запись звука магнитофоном на магнитную ленту.

Зеркальная антенна

Зеркальная антенна – это антенна, в которой радиоволны отражаются от металлического зеркала и преобразуют электромагнитные волны, направленные источником. Основными элементами зеркальной антенны являются зеркало и облучатель. Металлическое зеркало выступает в роли рефлектора. Источником электромагнитных волн является элементарная антенна, облучатель зеркала. Зеркало изготовляют из сплавов алюминия, делая его сплошным или решетчатым. Форма поверхности делается такой, которая обеспечивает формирование необходимой диаграммы направленности.

Выделяют несколько типов зеркальных антенн. Это параболоидные антенны, в частности параболоид, усеченный параболоид и параболический цилиндр. Кроме этого, бывают зеркальные антенны специальной формы, сферические, плоские, угловые зеркала, зеркальнорупорные антенны.

Параболические зеркальные антенны используются в оптических, коротковолновых, сантиметровых и дециметровых диапазонах волн. Зеркальные антенны сконструированы достаточно просто, их достоинство заключается в хороших диапазонных свойствах. Параболическую зеркальную антенну составляют металлическая поверхность и слабонаправленная антенна.

Зеркальная антенна входит в состав апертурных антенн. Апертура, или раскрыв антенны, возникает при проекции зеркала на перпендикулярную лучам плоскость. Если антенна имеет размер раскрыва 2—2,5 м, то она изготавливается, как правило, по однозеркальной, или офсетной, схеме. Облучатель такой антенны выносится за зону действия основного луча. Таким образом, он не загораживает раскрыв антенны, и при малом уровне боковых лепестков достигается мощное усиление. Чем меньше антенна, тем эффективней вынос облучателя.

У многих антенн раскрыв имеет форму эллипса или другой, не круглой фигуры. В линии передачи облучателя в таких зеркальных антеннах распространяется только специфический для нее тип электромагнитной волны. В раскрыв облучателя из окружающего пространства электромагнитная волна поступает в несимметричное поле. Чтобы изменить несимметричность распределения волн, зеркало должно иметь не круглую форму. Офсетные антенны с раскрывом зеркала в форме эллипса наиболее распространены в России, особенно зеркала серии СТВ (№ 1).

Зеркальная апланатическая антенна состоит из двух зеркал, управляемого изменения диаграммы направленности. Применяется такая антенна в радионавигации и радиолокации для волн сантиметрового диапазона. Облучатель перемещается по определенной кривой, что приводит к сканированию, изменению диаграммы направления. Вспомогательное зеркало отражает на основное энергию, которая подводится к облучателю. Ширину диаграммы направленности определяет размер главного зеркала. Вспомогательное зеркало представляет собой систему проводов, которые располагаются параллельно вектору напряженности. Этот вектор принадлежит к электрической составляющей электромагнитного поля облучателя. Вектор напряженности составляющей электромагнитного поля отражается от основного зеркала. Через вспомогательное зеркало он свободно проходит, так как находится перпендикулярно его проводам.

Степень искажения диаграммы направленности определяет соотношение расстояний лучей. Если расстояния всех лучей одинаковы, то искажения получаются минимальными, за счет чего антенна становится апланатической.

Наравне с зеркальными антеннами существуют не зеркальные – фазированные антенные решетки. Они отличаются от зеркальных антенн меньшим объемом и лучшими радиотехническими параметрами. Масса фазированных антенных решеток обычно больше массы зеркальных антенн. Дискретные излучатели распределяют поле в разрыве антенных решеток. Основным достоинством фазированных антенных решеток является то, что их можно преобразовать в активные решетки, в которых усилительный элемент соответствует каждому излучателю. Луч антенны можно передвигать в пространстве, изменяя фазировку между несколькими усилительными элементами. Благодаря такому свойству фазированные антенные решетки смогут принимать спутниковое телевидение, транслирующееся для пассажиров авиалайнера.

На территории России, в городе Уссурийске, находится самая большая зеркальная антенна, диаметр основного зеркала которой составляет 70 м.

Измерительный генератор

Измерительный генератор – радиоэлектронное устройство, измеряющее воспроизведение электромагнитного сигнала. Сигнал может быть различной формы: специальной, синусоидальной, шумовой и импульсной. Используются измерительные генераторы для настраивания и проверки каналов связи, радиоэлектронных устройств, а также для калибрования измерительных средств.

Измерительный генератор содержит в себе функциональные узлы, которые зависят от вида сигнала. К узлам относится источник исходного сигнала, которым представляются перестраиваемый генератор с самовозбуждением, а также кварцевый синтезатор частоты. Кроме этого, узлами могут быть устройства, формирующие выходные сигналы, усилители, блок питания, выходной аттенюатор, цепи управления и стабилизации выходного уровня. Кроме основных составляющих генератора, в его состав могут входить устройства, формирующие временные интервалы, разнообразные модуляторы и др. С помощью цифрового метода во многих генераторах синтезируется форма выходного сигнала. Другие модели генераторов, такие, как генераторы сигнала оптического диапазона, основываются на методах кварцевой электроники.

Измерительные генераторы делятся на генераторы качающейся частоты, шумовых сигналов, специальной формы сигналов, высокочастотные, низкочастотные и импульсные. Но некоторая часть генераторов носит промежуточный характер между низкочастотными и высокочастотными, по виду сигнала они комбинируются.

Оптические генераторы также имеют свою классификацию. Различаются стандартные оптические генераторы; генераторы, составляющие измерительную аппаратуру; имеющие отраслевое значение. Также существуют генераторы шума, которые имитируют розовый или белый шумы, – Г2-37, Г2-59. Генераторы высокой частоты Г4-129, РГ4-14 предназначаются для радиочастотного диапазона. Генераторы низкой частоты Г3-102, Г3-109, с частотой 20 Гц – 200 кГц. Генераторы сигналов специальной формы Г6-17, Г6-22, воспроизводящие последовательности треугольных, трапецеидальных, пилообразных и других импульсов. Генераторы импульсов Г580, Г5-89, воспроизводящие последовательные прямоугольные импульсы. Генераторы оптического диапазона ОГ4-163, ОГ-2-1, генераторы Г8 качающейся частоты и генераторы отраслевого значения, воспроизводящие сигналы сложной формы, в авионике – ГКС-69, И-331, телевизионный генератор ГТИС-01.

Характеристиками генераторов являются диапазоны воспроизводимых частот и установки напряжения и мощности, точность установки частоты и выходного уровня. Дополнительные характеристики могут быть у разных типов генераторов: характеристики импульсов и модуляции.

Для начала работы переменный аттенюатор генератора соединяется с входом мостового сумматора. Диапазонный генератор сигналов подключается к другому входу мостового сумматора. Вход приемника подключается к выходу сумматора, а выход к вольтметру, сам приемник настраивается на одну частоту с кварцевым генератором. Диапазонный генератор настраивается на частоту уже настроенного приемника.

Изолятор

Изолятор – это прибор из изоляционных материалов, используемый для подвешивания электрических проводов и кабелей или для ввода проводов в здание. Название прибора происходит от французского слова isolateur. Изолятор обеспечивает безопасную передачу электроэнергии и сводит к минимуму потерю энергии в процессе передачи.

По своему применению изолятор может быть опорно-стержневым, линейным, фарфоровым, стеклянным и полимерным (композитным).

Опорно-стержневой изолятор применяется как опорный изолирующий элемент. Он поддерживает шины, проводящие ток, и ножи наружных разъединителей. Опорно-стержневой изолятор изолирует и крепит несколько частей, ведущих ток в электрических аппаратах и трансформаторных подстанциях. Кроме этого, опорно-стержневой изолятор входит в состав шинной опоры. Линейный изолятор применяется на электростанциях и подстанциях переменного тока. Линейный изолятор содержится в распределительных устройствах электростанции. Он незаменим на высоковольтных линиях электрической передачи. С помощью линейного изолятора подвешивают кабели и провода на опорах воздушных электрических передач. У фарфорового изолятора имеется ряд недостатков. Он склонен к разрушению и растрескиванию своей основы, может работать только при низком механическом напряжении, его прочностные свойства некрепки. Полимерный изолятор, в отличие от фарфорового, обладает рядом достоинств. Внешняя полимерная изоляция такого устройства при загрязненной атмосфере подтверждает свою особую стойкость. Такой изолятор изготавливается из электротехнического фарфора, покрывается глазурью и обжигается в печах. Из закаленного стекла изготавливаются стеклянные изоляторы с большой механической прочностью и малой массой. Полимерный изолятор, состоящий из специальных пластических масс, может применяться при различных диапазонах механических нагрузок и с разной температурой, что способствует его надежности и долговечности. Защитную оболочку стеклопластика, основной части полимерного изолятора, покрывает кремнийорганическая резина. Резина помогает изоляции быть стабильной и устойчивой даже в очень суровом климате. Любому воздействию механических и электрических нагрузок полимерные изоляторы противостоят и не разрушаются. Изолятору присущи малая масса и экономичность при замене и монтаже. Вид конструкции, класс напряжения, климатическое исполнение, материал защитной оболочки и т. д. – все это определяет тип полимерного изолятора. Арматура такого изолятора представляет собой оконцеватели (фланцы). На ремонт полимерных изоляторов приходится малое количество расходов, так как они обладают высокой устойчивостью к ударным нагрузкам и не используют мобильных телевышек для монтажа.

Обозначаются изоляторы условно по буквам и цифрам, «О» – опорный, «П» – полимерный изоляторы. Значение механической разрушающей силы и класс напряжения обозначаются через дефис: 10 кН-110 кВ или 20-220.

Пример расшифровки условной записи изолятора: ИОСПК-10-110/450-II-УХЛ1 ТУ 3494-001-52314081-99 – Изолятор опорный стержневой полимерный с защитной оболочкой, состоящей из кремнийорганической резины; 10 кН механической разрушающей силы на изгиб; 110 кВ класс напряжения; 450 кВ испытательного напряжения грозового импульса; может использоваться в районах со II степенью загрязнения; УХЛ – климатическое исполнение с 1 категорией размещения.

В состав подвесных изоляторов входят: изолирующая деталь из стекла или фарфора, чугунная шапка, стержень в форме пестика. Изолирующая часть скрепляет шапку и стержень, которые шарнирно соединяют изоляторы при формировании гирлянд.

Керамические опорно-стержневые изоляторы с 1990-х гг. стали проявлять свою низкую надежность. С 1998 г. к керамическим опорным изоляторам повышены технические требования и найден альтернативный опорно-полимерный изолятор. Преимущества опорных полимерных изоляторов проявляются в том, что они могут функционировать в местностях с холодным климатом и резкими перепадами температур, в сейсмически опасных зонах и в районах с загрязненной атмосферой.

Иконоскоп

Иконоскоп – это передающая трубка, накапливающая электрические заряды и преобразующая оптическое изображение в сигналы телевидения. Название передающей трубки происходит от греческих слов eikon – «изображение» и skopeo – «смотрю». Иконоскоп во многом сходен с кинескопом, приемной трубкой телевизора. Он состоит из экрана, запоминающего изображение, электронной пушки, которая создает электронный луч, и отклоняющейся системы трубки, передвигающей луч по экрану. Кроме этого, в его состав входят мозаичный фотокатод, слюдяная и сигнальные пластины, два анода, модулятор, резистор, оптическая система и колба трубки. Внешняя сторона экрана иконоскопа представляет собой слюдяную пластину с мозаикой. Мозаика состоит из нескольких миллионов микроскопических серебряных фотокатодов, которые покрыты цезием или окисленным цезием. Объектив телевизионной камеры изображение в форме проекции переносит на мозаику. Этот световой поток вызывает на светочувствительной поверхности потенциальный рельеф, распределяющий электрические заряды. С другой стороны располагается сигнальная пластина, образующая вместе с фотокатодом конденсатор.

Под воздействием света фотокатоды теряют электроны, приобретая положительный заряд. Чем сильнее освещен участок, тем больший заряд получают фотокатоды. За счет подобного процесса на мозаике воссоздается изображение в электрическом варианте. Электронная пушка выпускает луч, направление и цель которого выбирает отклоняющая система. Электронный луч в определенной последовательности обегает всю мозаику и разряжает конденсатор с помощью резистора.

Иконоскоп был запатентован С. И. Катаевым в 1931 г. Однако первую модель иконоскопа через два года сконструировал американский ученый В. К. Зворыкин. В Советском Союзе первый иконоскоп был выпущен в 1934 г.

С помощью иконоскопа сделалось возможным передавать «живые» сцены и кинофильмы при высокой освещенности. С середины XX в. стали разрабатываться и выпускаться более совершенные передающие телевизионные трубки, такие, как супериконоскоп и др. Иконоскоп накапливал заряд, поэтому стал первой телевизионной трубкой, использующей световую энергию изображения. Энергия, с помощью объектива спроецированная на мишень мозаики, была достаточно эффективна.

Иконоскоп входит в состав телевизионной камеры, в которой световое изображение превращается в электрические сигналы.

Камера-обскура

Камера-обскура (в переводе с латинского буквально – «темная комната») – это простейшее оптическое устройство (приспособление), позволяющее получить на экране изображения предметов, предшественник фотокамеры.

Камера-обскура.

Принцип действия камеры-обскуры заключается в следующем. Если в одной из стенок темного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика (внутри его) образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевернутым. Размеры изображаемых предметов (или, другими словами, масштаб увеличения) зависят от расстояния между отверстиями и стенкой, на которой возникает изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы. При этом качество изображения находится в прямой зависимости от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение и тем оно темнее. С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает.

Все современные фотоаппараты есть не что иное, как все та же древняя камера-обскура, только снабженная различного рода вспомогательными механизмами. Принцип действия ее остался прежним.

Этот принцип был известен ученым давно. О нем еще в середине IV в. до н. э. упоминал в одном из своих трудов великий мыслитель древности Аристотель. В то время камера-обскура в том виде, какой она стала позже, еще не была известна. Дело в том, что принцип ее действиям можно наблюдать в любом темном помещении с отверстием для света, в том числе в комнате, что и делал, по всей вероятности, Аристотель.

Такая комната и называлась первоначально камерой-обскурой. Позже по аналогии с «темной комнатной» камерой-обскурой стали называть деревянный или металлический ящик с отверстием в передней стенке, куда вставлялась простая двояковыпуклая линза в оправе, а вместо задней стенки крепилась полупрозрачная бумага или матовое стекло.

Судя по некоторым источникам, первую камеру-обскуру построил английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон (1217—1294). Он предполагал пользоваться камерой-обскурой вместе с зеркалом для того, чтобы, находясь в помещении, наблюдать за проходящими мимо окон людьми. Вероятно, это была первая попытка практического использования камеры-обскуры.

В 1279 г. англичанин Джон Пенхан высказал мысль, что камеру-обскуру можно использовать для наблюдений за движением солнца. Это первый случай, когда камеру-обскуру предполагалось применить в качестве оптического прибора для научных опытов. Кстати, Джон Пенхан был в то время архиепископом Кентерберийским. Это говорит о том, что были священнослужители, в том числе и высокопоставленные, которые живо интересовались наукой и не без успеха проводили научные опыты.

Первым сделал детальное описание камеры-обскуры, сопроводив его чертежами, Леонардо да Винчи. Это описание сохранилось в рукописях гениального итальянца, которые были вывезены Наполеоном Бонапартом в качестве трофея во время Итальянского похода и затем в 1797 г. изданы в Париже. Интерес к камере-обскуре возник у Леонардо да Винчи в связи с изучением природы зрения. Пытаясь понять, каким образом на сетчатке глаза образуется изображение, он обращается за помощью к камере-обскуре, находя между нею и глазом много общего. Так, он советовал провести с камерой-обскурой опыт, показывающий, как предметы посылают свои изображения, или подобия, пересекающиеся в глазу в водянистой влаге. Да Винчи говорил: «Это станет ясно, когда сквозь маленькое круглое отверстие изображения освещенных предметов проникнут в очень темное помещение, тогда ты уловишь такие изображения на белую бумагу, расположенную внутри указанного помещения неподалеку от этого отверстия, и увидишь все вышеуказанные предметы на этой бумаге с их собственными очертаниями и красками, но они будут меньших размеров и перевернутыми по причине упомянутого пересечения. Такие изображения, если будут исходить от места, освещенного солнцем, покажутся словно нарисованными на этой бумаге, которая должна быть тончайшей и рассматриваться с обратной стороны, а названное отверстие должно быть сделано в маленькой, очень тонкой железной пластинке».

Описание камеры-обскуры можно также найти в работе другого итальянского ученого Цезаря Цезармано, которая была издана в 1521 г. в городе Коно.

Был знаком с камерой-обскурой и голландский математик Гемма Фризиус. Он не только описал камеру-обскуру, но и первым с ее помощью наблюдал в январе 1544 г. солнечное затмение. Тогда же, в середине XVI в., делаются первые попытки ее усовершенствовать. Так, итальянский физик и математик Жером Кардано, для того чтобы улучшить в камере-обскуре изображение, предложил в 1550 г. вставлять в отверстие линзу, а для наводки на резкость советовал сделать заднюю стенку камеры передвижной. Другой итальянец, Даниелло Барбаро, в своей книге о перспективе, изданной в 1556 г., наряду с предложением пользоваться линзой указал, что, диафрагмируя эту линзу, можно добиться улучшения качества изображения. О подобном усовершенствовании камеры-обскуры писал также еще один итальянский ученый XVI в., Джованни Бенедетти, в книге, вышедшей в 1585 г. в Турине. Большое неудобство представляло перевернутое изображение; чтобы избавиться от этого недостатка, Игназио Данти предложил в 1573 г. крепить к камере-обскуре зеркало, которое вторично переворачивало изображение.

Долгое время изобретателем камеры-обскуры считался итальянский физик Джованни Батиста дела Порта.

Родился Порта в Неаполе приблизительно в 1538, 1540 или 1545 г. Он получил по тем временам блестящее образование. В молодости много путешествовал и заинтересовался многими вопросами физики, в том числе и оптики. Имя Порта становится известным, и многие научные общества избирают его своим членом.

В 1560 г. Порта издает свой главный труд – книгу «Натуральная магия». Один из разделов книги был посвящен камере-обскуре. Широкое распространение «Натуральной магии» и ее необыкновенная популярность сделали свое дело – еще при жизни Порта стал считаться изобретателем камеры-обскуры.

В немалой степени этому способствовали и высказывания некоторых авторитетных ученых, которые были знакомы с «Натуральной магией» Порта, но не знали предшествующих изданий и рукописей, в которых говорилось о камере-обскуре. Сам Порто почерпнул эти знания, вероятнее всего, из книги Цезаря Цезариано.

В 1604 г. Иоанн Кеплер писал, что сведения о камере-обскуре он почерпнул из книги Порта. О том, что Порта является изобретателем камеры-обскура, шла речь в статье «Камера-обскура» из знаменитой «Энциклопедии» Дидро и Д’Аламбера. То же самое утверждал и автор-составитель известного в XVIII в. учебника физики аббат Ж. А. Ноле. Но больше всех способствовал распространению и упрочению этого ошибочного мнения известный французский физик и астроном Д. Ф. Араго. Выступая в 1839 г. в Парижской академии наук с сообщением об изобретении дагеротипии, он назвал Порта единственным, кто был причастен к изобретению камеры-обскуры. С той поры, благодаря большому авторитету Араго, во всех книгах по истории фотографии Порта называется изобретателем камеры-обскуры. И только намного позже это ошибочное мнение было исправлено.

До XVII в. все камеры-обскуры были стационарными, так как представляли собой обыкновенные затемненные комнаты, в которых можно было вести астрономические наблюдения, как это делали Пенхам и Фризиус, проводить оптические опыты (Леонардо да Винчи и Цезариано) или обводить изображение углем или мелом на бумаге, как это советовали делать Барбаро и Порта. Кардано же предполагал использовать камеру-обскуру в качестве вспомогательного технического средства при постановке развлекательных зрелищ и показе всевозможных чудес. Тем не менее такие камеры-обскуры из-за своей неподвижности не находили должного распространения и являлись большой редкостью.

В XVII в. появляются первые переносные камеры-обскуры. Несмотря на то что они были довольно тяжелыми и громоздкими, такие камеры стали находить уже более широкое применение. Этим камера-обскура во многом обязана Кеплеру, много сделавшему для ее усовершенствования. Камера-обскура, которой пользовался Кеплер, представляла собой специальную палатку, которая вращалась, давая возможность вести круговой обзор неба или горизонта. В 1600 г. Кеплер начал применять свою камеру-обскуру для наблюдения за движением солнца, а в 1607 г. он наблюдал с ее помощью прохождение Меркурием солнечного диска.

Описание камеры-обскуры можно найти в книге А. Кирхера «Великое искусство света и тени» (1671). Там же дается совет, как использовать камеру-обскуру в качестве приспособления для зарисовок с натуры или «волшебного фонаря» (другими словами, проекционного аппарата).

Между тем работы по усовершенствованию камеры-обскуры продолжались. В 1655 г. появилась первая компактная камера-обскура, которую сконструировал Роберт Бойль. В 1680 г. оригинальную конструкцию камеры-обскуры, напоминающую своим внешним видом современный артиллерийский снаряд, описал Роберт Хук. Камеру-обскуру с зеркалом, которое располагалось в верхней ее части и служило для отражения идущих от рассматриваемых предметов лучей, что позволяло получать прямое изображение, описал в 1685 г. немецкий монах из Вюрцбурга Зан. Одна из многочисленных конструкций разборных камер-обскур принадлежала французскому физику Ж. А. Нолле. Его камера представляла собой четырехгранную пирамиду, состоящую из четырех реек, которые соединялись вверху муфтой, а снизу крепились по углам квадратной рамы. Все это устройство обтягивалось черной светонепроницаемой материей. В муфте помещалась линза. Через нее изображение, улавливаемое подвижным зеркалом, попадало на основание пирамиды, где помещался лист белой бумаги или картона.

Камеры-обскуры, подобные этой, сравнительно легкие и удобные для транспортировки, имели широкое распространение в XVIII – начале XIX в. В 1812 г. английский физик У. Волластон заменил в камере-обскуре двояковыпуклую линзу менисковой, снабженной диафрагмой. Этим он добился заметного улучшения резкости по краям изображения.

Первоначально камерой-обскурой пользовались исключительно ученые – оптики и астрономы – для научных опытов и наблюдений. Однако вскоре эта монополия была нарушена, и камера-обскура из инструмента ученых постепенно превратилась в инструмент художников-живописцев, рисовальщиков, граверов, декораторов, найдя в этом свое истинное призвание. В свою очередь, фиксация с помощью угля или карандаша светового изображения, возникающего в камере-обскуре, натолкнула изобретателя на мысль о химической фиксации этого изображения, что привело в конце концов к изобретению фотографии.

Стремясь любыми средствами облегчить и ускорить свой труд, художники просто не могли обойти вниманием камеру-обскуру.

Наиболее широкое распространение камеры-обскуры наблюдается в XVIII в. Многие художники той поры не мыслили своей работы без этого простого и надежного аппарата. Одним из таких художников был разносторонне одаренный француз Л. К. Кармонтель, оставивший после себя огромное количество живописных портретов, которые поражали современников удивительным сходством с натурой. Нет сомнения, что Кармонтель пользовался камерой-обскурой.

Наиболее полно проявилось новое качество художественного видения, позаимствованного у камеры-обскуры, беспристрастная документальная правдивость и пристальное внимание ко всему, что находится в поле зрения, в работах Белотто. Яркое свидетельство тому – большая его серия видов Варшавы, созданная в 1770-х гг.

Пользовались камерой-обскурой и художники более позднего времени, как, например, работавший в России в XIX в. француз Ф. В. Перро. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на его подцвеченную акварелью литографию «Владимирская церковь».

Таким образом, стремление художников «механизировать» и ускорить процесс рисования явилось тем толчком, который привел впоследствии к открытию фотографии.

Камера с бегущим лучом

Камера с бегущим лучом – это передающее телевизионное устройство. В камере с бегущим лучом узкий луч света освещает кинокадр, фотографию или другой объект передачи. Яркость луча света постоянна, он перемещается по правилам телевизионной развертки. Луч либо отражается, либо проходит сквозь объект, за счет чего получается световой сигнал. Фотоэлектронные умножители преобразуют световой сигнал в электрический. Таким образом, изображение, передаваемое с помощью такой камеры, проецируется световым лучом, который бежит по экрану проекционного кинескопа.

В 1931 г. немецкий Эдисон, Манфред фон Арденне, установил всю электронную систему телевидения, применив для передачи киноизображения способ бегущего луча. Благодаря фокусировке электронного луча на экране кинескопа получалось световое пятно. Оно, постоянно двигаясь, просвечивало кинокадр и соединялось с фотоэлементом. Таким образом, на выходе фотоэлемента образовывался электрический сигнал изображения.

Применяется камера с бегущим лучом, как правило, для передачи фильмов и диапозитивов в цветном телевидении. Кроме этого, камера с бегущим лучом применяется как эпипроектор, передающий открытки, карты, фотографии и другие непрозрачные изображения. Иногда ее используют для передачи каких-либо игровых сцен из телевизионной студии. Для этого кинескоп посылает проекцию светового потока на сцену или непрозрачное изображение. Чтобы получить наиболее качественную передачу с камеры, необходимо провести затемнение в студии. Импульсы света освещают объект при обратном ходе кадровой развертки.

Камера с бегущим лучом состоит из усилителя импульсов; фокусирующей и отклоняющей систем; генератора строчной развертки; генератора кадровой развертки; проекционного кинескопа; источника напряжения; объектива. Кроме этого, в состав камеры входят: кадровое окно; конденсорная линза; светофильтры; полупрозрачные зеркала; фотоэлектронные умножители и устройства для продвижения киноленты.

Генераторы кадровой и строчной разверток создают на экране кинескопа телевизионный растр. Объектив переносит проекцию растра на диапозитив или кинокадр. Световой луч во время развертки просвечивает поочередно строки кинокадра. Яркость светового потока зависит от того, насколько плотно или прозрачно изображение. Конденсорная линза собирает световой поток, направляя его в специальный блок, где свет разделяется по спектрам.

Разделенные световые потоки переходят в фотоэлектронные умножители, которые преобразовывают их в оттенки цвета: красный, синий, зеленый. Амплитуды световых потоков определяют яркость и цвет элемента изображения, который передается в данное время.

Специальное устройство кинопроектора согласовывает развертку изображения через точку и движение кинопленки.

В 1959 г. при запуске космического аппарата «Луна-3» использовалось телевизионное устройство «Енисей». С его помощью фотоснимки Луны, проявленные на борту, были отосланы на Землю. В этом устройстве изображение передавалось камерой с бегущим лучом с помощью аналогового метода. На Земле изображение принимали, фотографируя с экрана скиатрона, снимая камерой с бегущим лучом на кинопленку, записывая на магнитную пленку и выводя изображение на термохимическую бумагу. Использование камеры с бегущим лучом оказалось самым действенным и удачным способом приема. Информацию, записанную на магнитную пленку, просто не удалось воспроизвести, а с помощью всех полученных снимков на термохимической бумаге и скиатронах можно было только поверхностно оценить смысл изображения.

Качество передачи с Луны и приема сигналов было плохим из-за шумовых помех. Принятые изображения помогли лишь воссоздать некоторые элементы и части рельефа.

Кинескоп

Кинескоп – это приемная телевизионная электронно-лучевая трубка, воспроизводящая телевизионные изображения. Термин «кинескоп» происходит от двух греческих слов kinesis – «движение» и skopeo – «смотрю». Кинескоп используется при просмотре черно-белых и цветных изображений в естественном формате или перенесенных на большой экран. С помощью кинескопа также снимают изображения на кинопленку, он является источником света и устройством, которое раскладывает изображение на части при его передаче.

Кинескоп изобрел отец телевидения, изобретатель в области электроники В. К. Зворыкин. Родившись в Москве, Владимир Кузьмич в 20-летнем возрасте переехал в Принстон, США, поэтому признается американским ученым. В 1931 г. он изобрел кинескоп, приемную трубку, и вместе с Г. Оглобинским иконоскоп, передающую трубку.

Кинескоп представляет собой вакуумированную стеклянную колбу, посредством луча из электронной пушки проецирующую изображение на фосфорный экран. Электронная пушка располагается в горловине кинескопа, в ее состав входят анод, катод и пара электродов для того, чтобы фокусировать управление лучом. Колба-кинескоп имеет с одного конца узкую горловину, которая заканчивается широким дном и переходит в коническую часть. Специальный фокусирующий элемент собирает электроны в пучок. Экран кинескопа – это дно кинескопа, обработанное люминофором. Электроны могут свободно передвигаться только в вакууме, поэтому весь воздух из стеклянной колбы откачивается. Нить накала разогревает катод, его температура повышается и он излучает электроны. Освобожденные электроны проходят сквозь управляющий электрод кинескопа, представляющий собой металлический цилиндр, окружающий катод. За управляющим электродом располагаются ускоряющий и фокусирующий электроды, а также анод, все они имеют вид полых цилиндров. Такие цилиндры различаются только своими длинами и диаметрами. Электроны, двигающиеся мимо ускоряющего электрода, получают большую скорость. Фиксирующий электрод формирует из потока электронов луч.

На внутреннюю поверхность конуса кинескопа нанесено токопроводящее покрытие, соединенное с анодом. На анод подается высокое положительное напряжение, под воздействием которого электроны еще больше ускоряют свое движение к экрану. Чем слабее поток электронов, тем бледнее свечение экрана. Управляющий электрод может регулировать плотность электронного луча и яркость изображения. Катушки кадров и строк создают магнитное поле, которое перемещает электронный луч по экрану. Катушки кадров и строк представляют собой электромагниты, которые размещены в горловине трубки. Луч описывает строки по горизонтали благодаря строчным катушкам, а по вертикали за счет кадровых катушек.

В кинескопе цветного телевизора находится не менее трех электронных пушек. Экран покрывает огромное количество красного, синего и зеленого люминофоров, которые светятся при соприкосновении с электронами. Перед экраном внутри кинескопа вставлена маска из металла с большим количеством отверстий. Эти отверстия распределяют электронные лучи определенного оттенка так, чтобы они попали только на тот люминофор, который вызывает аналогичное лучу свечение. Так, луч, несущий красную часть изображения, попадает на люминофор, вызывающий красное свечение, зеленый на точки зеленого люминофора, а синий, соответственно, на синий.

Из-за микроскопических размеров зерен люминофора глаз человека воспринимает не разрозненные цвета, а целостное цветовое изображение.

Стеклянная колба кинескопа изготавливается с толстыми и прочными стенками, чтобы выдерживать амплитуду давлений. Стекло кинескопа выполняет функции диэлектрика. Электронную пушку кинескопа составляют нагреватель, катод, ускоряющий и фокусирующие электроды, модулятор и высоковольтный цилиндрический электрод. Отклоняющаяся система приемной телевизионной трубки состоит из катушек, которые вертикально и горизонтально отклоняются. Чтобы создать магнитное поле для обеспечения неискаженного изображения, в катушках размещена специальная намотка.

Для приема черно-белых изображений в СССР изготавливался кинескоп с прямоугольной формой экрана. Электростатические системы фокусируют луч, магнитные системы фиксируют отклонение. Цветной кинескоп может принимать равнозначно как цветные, так и черно-белые изображения.

Черно-белый кинескоп состоит из нити подогревателя катода, управляющего и ускоряющего электродов, катода, двух анодов, проводящего покрытия, катушек вертикального и горизонтального отклонений луча, экрана и электронного луча. Цветной кинескоп с теневой маской составляют: экран, триады (люминофорные точки), цветоделительная маска, электронный прожектор, отклоняющая система, магниты чистоты света и смещения луча, системы радиального свечения.

Кинопроекционный аппарат

Кинопроекционный аппарат – аппарат, используемый для проецирования на экран кинофильмов. Конструкция кинопроекционного аппарата включает: механизм лентопротяжный, продвигающий фильм, кассеты – одну принимающую ленту, другую – подающую ее при демонстрации кинофильма, осветительную систему, которая освещает экран и проецирует изображение, звуковоспроизводящее устройство, а также устройство, управляющее работой, и устройство, питающее электроэнергией. Скачковый механизм обеспечивает прерывистое движение кинофильма. В кадровом окне останавливается кинокадр и проецируется на экран. Когда кадр движется от одного к другому, то заслонка-обюратор перекрывает световой поток. Механизм прерывистого движения кинофильма и обюратор работают синхронно, что делает незаметным передвижение кадра. Увеличенное изображение на экране образует кинопроекционный объектив, фокусное расстояние которого соответствует размеру экрана и длине зрительного зала. Некоторые объективы имеют переменное фокусное расстояние, что позволяет демонстрировать 8-мм и 16-мм кинофильмы.

Экран, на котором проецируется кинофильм, имеет различную яркость, которую определяет световой поток, это основная характеристика кинопроекционного аппарата. Электрическая угольная дуговая лампа создает поток 50 000 лм, газоразрядная креоновая лампа – 15 000 лм. Лампа накаливания – 90 лм. Любительские кинопроекторы имеют световой поток 50 лм. В больших кинотеатрах с большими экранами световой поток до 50 000 лм, что обеспечивает использование дуговых угольных ламп, или газоразрядных креоновых ламп. Кинопроекционные аппараты различаются по характеру использования и бывают стационарные и передвижные. Стационарные кинопроекционные аппараты используются для демонстрирования 35-мм, 70-мм кинофильмов. Они располагаются в кинотеатрах в специальных комнатах, которые называются киноаппаратными. Кинокадр имеет разный формат, 35-мм кинофильм имеет обычно изображение с соотношением сторон 1 : 1,37 или широкоэкранное изображение с соотношением сторон 1 : 1,65; 1 : 1,85; 1 : 2,35. Широкоформатный 70-мм кинофильм имеет соотношение сторон 1 : 2,2. Узкопленочный кинофильм – 16 : 8 мм.

Передвижные кинопроекционные аппараты – это составная часть кинопередвижной установки, которая также включает, кроме него, громкоговорящее устройство, автотрансформатор, усилитель электрических сигналов, кинопроекционный экран. Такие киноустановки демонстрируют, как правило, узкопленочные 16-мм кинофильмы. Они предназначены для зрительных залов, не имеющих стационарных кинопроекционных установок, в дальних районах, экспедициях, в учебной практике. Даже при отсутствии электрических сетей передвижная установка имеет маленькую передвижную электростанцию. Вес самой киноустановки зависит от ширины пленки демонстрируемых фильмов. При ширине 35 мм – вес киноустановки около 100 кг, при ширине 16 мм – вес киноустановки 70 кг. Мощность также различается. Для 35-мм кинофильма она около 600—700 Вт, для 16-мм – 500 Вт. Звуковоспроизводитель имеет мощность до 10 Вт. Транспортирует такие киноустановки, во время перемещения с одного объекта на другой, автотранспорт.

Первые кинопроекционные аппараты были созданы в конце XIX в., с изобретением кинематографа в 1895 г. Сначала их делали в небольших мастерских. В самом конце XIX – начале XX в. стали появляться кинофабрики и развиваться кинопромышленность – в США «Истмен Кодак», во Франции «Люмьер», «А. Дебри», в России выпуск кинопроекционных аппаратов начался с 1914 г. С середины ХХ в. во многих странах налажено производство совершенной кинотехники – в США «Кодак», Германии «Агфа», в России «Экран».

Современные кинопроекционные аппараты различаются по конструкции, которая зависит от назначения: универсальные, кругорамные, стереоскопические. Большие кинотеатры, вмещающие около 6000 зрителей, имеют универсальные кинопроекционные аппараты, демонстрирующие как обычные 35-мм кинофильмы, так и 70-мм широкоэкранные кинофильмы. Замена кинопроекционного объектива и лентопротяжного механизма позволяет осуществлять переход с одного формата фильма на другой.

Источник света – угольная дуговая лампа. Световой поток различен: для 35-мм обычных кинофильмов – 25 000 лм, для 35-мм широкоэкранных – 30 000 лм, для 77-мм широкоформатных – 50 000 лм. Осветительная система – эллиптическое зеркало 600 мм в диаметре, способное отразить 95% видимого света.

Принимающая и подающая катушки имеют емкость 1500 м. Дальнейшее совершенствование кинопроекторов направлено на улучшение качества звука и изображения, использование новых технических средств и научных достижений.

Киносъемочный аппарат

Киносъемочный аппарат – аппарат, снимающий объекты на кинопленку в виде кадров, из которых монтируется кинофильм. Конструкция киносъемочного аппарата состоит из оптической и механической частей. В оптическую часть входит съемочный объектив, зеркало, визир-лупа, коллективная линза. Изображение объекта получается на светочувствительной кинопленке при помощи съемочного объектива, наблюдение за объектом осуществляется с помощью визир-лупы, изображение возникает на плоской поверхности коллективной линзы, световые лучи идут в визир-лупу, их фокусирует зеркало и зеркальный обтюратор, перекрывающий лучи света, направленные к кадровому окну. Объективы могут быть постоянные или сменные. Постоянный встроен в корпус кинокамеры. Сменные крепятся в переходных оправах или на поворотном устройстве. Специальные насадки с различным угловым увеличением изменяют фокусное расстояние постоянного объектива. Существуют объективы со сменным фокусом. Визиры бывают параллаксные и беспараллаксные. Параллаксные визиры имеют смещенную линию визирования, что также смещает поле зрения визира относительно поля съемочного объектива. Беспараллаксные визиры – это зеркала или лупы со сквозной наводкой.

В механическую часть входят лентопротяжный механизм, принимающая и подающая кинопленку кассеты, тянущий и задерживающий зубчатый барабан, скачковый механизм, фильмовый канал, обтюраторный механизм, обтюратор. Кинопленка движется из подающей кассеты при помощи лентопротяжного механизма и тянущего зубчатого барабана в принимающую кассету при помощи задерживающего барабана, который регулирует ее равномерное движение. Из подающей кассеты кинопленка идет в фильмовый канал. Скачковый механизм (грейферный) осуществляет скачкообразное движение кинопленки. Все механизмы вращаются с общей скоростью, обеспечивающей синхронность их работы. Лентопротяжный механизм имеет также вспомогательные ролики. Обтюратор – диск с углом светового выреза – перекрывает световые лучи при движении кинопленки, которые направляются к кадровому окну, что позволяет вести съемку в затемнении и регулировать длительность экспонирования светочувствительного слоя пленки. Такие киносъемочные аппараты – кинокамеры – были созданы в конце XIX в. с изобретением кинематографа, как основные устройства, обеспечивающие ведение киносъемки и изготовление кинофильмов. Страны, в которых впервые стала промышленно выпускаться подобная кинотехника на специально созданных для этого фабриках в начале ХХ в. – Франция, Германия, США, Россия. С середины 1950-х гг. это уже оснащенная современным оборудованием кинопромышленность, выпускающая киноустройства различных модификаций. Современные кинокамеры – киносъемочные аппараты – различаются по конструкции, ширине кинопленки, формату кадра, емкости кассет, приводному механизму, массе, назначению. Ширина пленки – 70 мм для широкоформатных кинофильмов, 35 мм – для обычных, широкоэкранных кинофильмов, 167 мм – для учебных, научных, телевизионных, хроникальных кинофильмов, а также для любительской киносъемки. Конструкция кинокамер бывает стационарная и ручная.

Синхронные кинокамеры осуществляют одновременно съемку и звукозапись на магнитную ленту. Прецизионные кинокамеры осуществляют движение кинопленки на шаг кадра с большой точностью.

Специализированные кинокамеры снимают панорамные, кругорамные, стереоскопические фильмы. Специальные кинокамеры ведут съемку на большой скорости и способны фиксировать краткие процессы, они используются в научных исследованиях, в авиации, в космосе. Любительские кинокамеры осуществляют съемку на 8-мм, 16-мм кинопленку. Киносъемочные аппараты имеют также различные устройства: экспонометры, устанавливающие величину светового отверстия съемочного объектива, насадки, для широкоэкранных фильмов, светозащитные бленды, светофильтры, устройства, определяющие расход кинопленки. Масса колеблется от 1,2 до 8 кг у ручных кинокамер и от 20 до 66 кг у стационарных. Емкость кассет – от 10 до 300 м. Названия наиболее известных кинокамер: «Россия», «Родина», «Русь», «Кварц». Дальнейшее развитие кинотехники направлено на усовершенствование действующих моделей и разработку новых, улучшение эксплуатационной возможности, увеличение емкости кассет, использование объективов, в которых фокусное расстояние переменно, использование дистанционного управления. Для различных видов съемки разрабатываются специальные модели кинокамер – скоростные, растровые, фоторегистрирующие.

Киноустановка

Киноустановка – оборудование, предназначенное для демонстрации кинофильмов. Различаются по назначению. Существуют стационарные и передвижные киноустановки.

Стационарные киноустановки – это рабочее оборудование кинотеатров, располагаются в специальных помещениях. Стационарная установка состоит из двух-трех кинопроекционных аппаратов, звуковоспроизводителей и громкоговорителей, оборудования электросилового и вспомогательного – управляющего освещением в зрительном зале, экранным занавесом, перематывающего кинопленку.

Большие кинотеатры имеют оборудование, позволяющее демонстрировать 35-мм кинофильмы, обычные, широкоформатные, стереофонические. Небольшие кинозалы имеют установки для демонстрации 16-мм кинофильмов. Работой киноустановки управляет киномеханик или, при сложном оборудовании киноустановки, – инженеры и техники.

Передвижные киноустановки – это оборудование, обслуживающее отдаленные районы, экспедиции и приравненные к ним объекты, а также используемое в учебном процессе. Передвижное оборудование киноустановки перевозится с одного объекта на другой при помощи автотранспорта, обслуживает такую киноустановку киномеханик. Передвижная киноустановка состоит из кинопроекционного аппарата, громкоговорителя, усилителя электрических сигналов, автотрансформатора, кинопроекционного экрана. И иногда даже передвижной электростанции, если в дальних районах, где работает эта передвижная киноустановка, нет электрической сети.

Кинопроекционный экран

Кинопроекционный экран – экран, на котором демонстрируется кинофильм, имеет плоскую или криволинейную поверхность, которая рассеивает свет и на которую проецируется изображение кинокадра. Яркость киноэкрана одинакова в разных местах зрительного зала, так как одинаково рассеивание света. Основные характеристики кинопроекционного экрана – это коэффициент яркости и угол рассеяния. Яркость зависит от полезного потока света кинопроекционного аппарата и равняется отношению яркостей поверхностей данного экрана, которые имеют равную освещенность, к абсолютно белой поверхности. Угол рассеяния – это зона, в которой коэффициент яркости экрана не ниже, чем 0,5.

Кинопроекционные экраны различаются по способам кинопроекции и светорассеивающей способности. Способы кинопроекции бывают светоотражающие и светопропускающие, соответственно, различны и поверхности экрана. Светоотражающий экран имеет непрозрачную поверхность, и изображение на нем рассматривается со стороны проецирования кинофильма. Светопропускающий экран имеет полупрозрачную поверхность, и проецирование на него кинофильма идет с обратной от зрительного зала стороны, светоотражающие экраны имеют более широкое применение. Светоотражающие экраны бывают диффузно-рассеивающие и направленно-рассеивающие.

Диффузно-рассеивающие имеют определенный профиль, полученный в результате тиснения материала экрана – белой ткани или поливинил-хлоридной рулонной пленки. Коэффициент яркости этих экранов 0,7—0,9, угол рассеяния – 90°. Направленно-рассеивающие экраны имеют гладкую поверхность, материал экрана – пластикат с металлизированным или лаковым покрытием. Коэффициент яркости этих экранов 1,5—6,0, угол рассеяния до 30—60°.

Светопропускающие экраны имеют поверхность, сделанную из пленочных покрытий, полупрозрачных пластмассовых листов. Коэффициент яркости таких экранов 5—7, угол рассеяния до 30—40°. Коэффициент отражения света 0,3—0,4, коэффициент пропускания света – 0,5. Такие светопропускающие экраны используются в помещениях искусственного освещения, в киноустановках дневного кино, для рирпроекции. Но их недостаток, ограничивающий их широкое использование, – это совпадающие направленность светового потока и максимум яркости, что мешает рассматривать изображение на экране. Для кинематографа различных видов используются различные кинопроекционные экраны; обычные широкоформатные, широкоэкранные, стереоскопические, вариоскопические. Ширина рабочего поля экрана зависит от длины зрительного зала, в котором данный экран установлен, и составляет: для обычного кино – 0,25 длины зала, для широкоэкранного – 0,43 длины зала, широкоформатного – 0,6 длины зала. Рабочее поле экрана по ширине можно менять с помощью предэкранного занавеса, и по высоте – с помощью кашетирующего устройства. Большие кинотеатры имеют ширину экрана более 30 м.

Кинопроекционный объектив

Кинопроекционный объектив – оптический прибор, увеличивающий и проецирующий изображение кадра на экран. Основная характеристика кинопроекционного объектива – разрешающая способность – это число линий, которые четко различаются на 1 мм тест-объекта. Различные конструкции кинопроекционных объективов имеют разрешающую способность около 100 линий на 1 мм в центре кадра, около 60 линий на 1 мм на краю кадра. Кинопроекционные объективы имеют светопропускающий коэффициент 0,8—0,85, обеспечивают освещенность экрана 0,6—0,7. Технические характеристики кинопроекционных объективов – это фокусное расстояние, относительное отверстие, углы поля изображения. Кинопроекционные объективы различаются по виду проецируемого кинофильма.

Обычные: фокусное расстояние 50—180 мм; относительное отверстие 1 : 2 и 1 : 2,5; угол поля изображения 30—8°.

Широкоэкранные: фокусное расстояние 80—140 мм; относительное отверстие 1 : 2.

Широкоформатные: фокусное расстояние 70—120 мм; относительное отверстие 1 : 2; угол поля изображения 42—25°.

Узкопленочные (16 мм): фокусное расстояние 35—50 мм, 65 мм; относительное отверстие 1 : 1,2 и 1 : 1,4; угол поля изображения 20—11°.

Любительские (8 мм): фокусное расстояние 18 мм, 65 мм; относительное отверстие 1 : 1,4; угол поля изображения 19°.

Компендиум

Компендиум – вспомогательное устройство киносъемочного аппарата, защищающее объектив от засвечивания посторонним светом. Устройство включает бленду светозащитную и держатель светофильтров, и дает возможность устанавливать несколько светофильтров и оптических насадок перед объективом.

Контргрейфер

Контргрейфер – устройство кинопроекционного аппарата. Устанавливает с большой точностью кинопленку в кадровом окне фильмового канала после ее шагового перемещения.

Космическое телевидение

Космическое телевидение – это телевизионная система, способная передавать изображения космических объектов, находящихся на различных расстояниях от Земли.

П. Ф. Брацлавец считается отцом космического телевидения. В 1957 г. в НИИ, где работал Брацлавец, поступил заказ на изготовление телеаппаратуры, способной снимать поверхность Луны и передавать снимки на Землю. Исследователями была разработана не совсем удачная схема выполнения заказа, и тогда Брацлавец предложил систему телевидения с малой частотой кадров. Он создал фотокомплекс «Енисей», за разработку которого был удостоен Ленинской премии в 1960 г. В честь отца космического телевидения была учреждена медаль, ведь благодаря Петру Брацлавцу впервые получили снимки обратной стороны Луны. Одной из первых эту медаль получила ученая Мария Мамырина, работавшая над камерой, установленной в кабине Юрия Гагарина.

7 октября 1959 г. советская автоматическая станция «Луна-3» получила фотографию обратной стороны Луны. Ленинградские ученые, руководствуясь техническим заданием С. Королева, разработали за три года до запуска «Луны-3» специальное фототелевизионное устройство. Одним из ученых, выполняющих задание Королева, был П. Брацлавец.

Космическое телевидение, созданное так недавно, уже имеет собственные вехи исторического развития. В 1961 г. с его помощью произвели первую съемку космонавта в открытом космосе. Через пять лет высокоорбитальным аппаратам удалось передать изображение полного диска Земли, которое сегодня можно встретить в каждом учебнике по географии и другим подобным предметам.

Космическое телевидение было использовано также в 1962 г. На корабль «Восток-3», который находился под управлением А. Николаева, установили телевизионную камеру. Передачу информации могли наблюдать только специалисты из Центра управления полетами. А уже через семь лет вся планета смогла наблюдать первый выход человека на Луну.

В 1975 г. советская система космического цветного телевидения передала на Землю репортаж с совместного полета космических кораблей «Аполлон» и «Союз». Кроме всего прочего, космическое телевидение активно применятся в телевизионных системах, используемых в беспилотных космических полетах: телевизионные системы обнаружения ракет с большой высоты и метеорологическая система. Интересно, что именно космические телевизионные системы обнаружения ракет с высоких орбит, благодаря малочастотности кадров, стали первыми цифровыми телесистемами.

В 1959—1983 гг. непрерывно разрабатывались новые и совершенствовались старые фототелевизионные устройства: «Марс-1», «Зонд-3», «Океан-О», «Венера-13» и др. Чтобы съемка проходила удачно, применялись устройства для проведения химико-фотографических процессов в бортовых условиях, защиты фотопленки от космической радиации и т. д.

Сигналы изображения формировались специальными оптико-механическими устройствами (камерами), проводящими топографические съемки Луны и других космических объектов. Оптико-механические устройства входили в состав комбинированной телевизионной системы, управляющей луноходами. Кроме таких устройств, телевизионную систему составляла электронная система МКТВ, управляющая двигающимся луноходом.

Со временем космическое телевидение совершенствовалось, вырабатывались новые технологии, создавались необходимые приборы. Одним из таких нововведений была панорамная телевизионная камера. Она работала в обычных и экстремальных ситуациях на поверхности Венеры. Полученные цветные панорамы планеты Венера пополнили неоценимую сокровищницу космических успехов и достижений.

Сравнительно недавно в космических научных кругах стали применять оптико-электронные устройства. В них соединяются наклонное зондирование и сканирование, за счет которых ученым и космонавтам стало возможным проводить мониторинг суши и водных поверхностей.

Уже более 10 лет прошло со дня запуска японского научного космического аппарата Solar-A (Yohkoh). Этот аппарат сделал около 6 млн снимков Солнца, которые показывают нагрев солнечной короны, развитие вспышек на Солнце и роль магнитного поля в возникновении солнечных вспышек. На основе этих космических съемок было проведено около 600 научных конференций и 100 защит диссертаций.

В последнее время на пике популярности находятся так называемые космические туристические полеты.

Для развития космонавтики это дополнительный экономический ресурс, причем немалый в своем объеме, для космических туристов – незабываемое и ни с чем не сравнимое приключение. И, конечно же, не последнее место в организации и проведении подобных полетов занимает космическое телевидение.

Лампа бегущей волны

Лампа бегущей волны – это электровакуумный прибор, с помощью которого усиливаются электромагнитные колебания СВЧ. Бегущая электромагнитная волна, взаимодействуя и двигаясь в одном направлении с электронным потоком, приводит к усилению колебаний СВЧ. Лампа бегущей волны используется как в приемных, так и в передающих устройствах. Лампа предназначена для умножения частоты колебаний, их преобразования и т. д.

Впервые электровакуумный прибор, который можно назвать предком лампы бегущей волны, запатентовал в 1936 г. американский ученый А. Гаев. Собственно лампа бегущей волны появилась спустя семь лет, в 1943 г., когда она была предложена другим американским инженером – Р. Компфнером. После этого лампами начали заниматься многие исследователи, такие как Дж. Пирс, в 1947 г. первым опубликовавший свой теоретический труд, посвященный лампе бегущей волны.

Лампа бегущей волны состоит из электронной пушки; замедляющей системы; коллектора для улавливания электронов; фокусирующей системы; ввода и вывода энергии электромагнитных колебаний, а также поглотителя энергии электромагнитных колебаний. Электронная пушка создает и формирует электронный поток. Замедляющая система необходима для снижения скорости бегущей волны и для синхронизации движений волны и электронного потока. Фокусирующая система представляет собой периодическую систему, создающую магнитное поле, которое удерживает электронный поток в определенных границах поперечного сечения. Поглотитель энергии электромагнитных колебаний устраняет самовозбуждение лампы бегущей волны за счет отражения волн от замедляющей системы.

Лампы бегущей волны имеют широкие полосы пропускания, в некоторых типах ламп длина полос превышает октаву. Мощность ламп изменяется от нескольких долей МВт в маломощных и малошумящих лампах усилителей СВЧ, до десятков кВт в передающих устройствах СВЧ. Усиление ламп бегущей волны довольно большое: 30—60 дБ.

Лампы бегущей волны различаются по классам. Существуют лампы бегущей волны класса О и класса М, каждая имеет свои отличительные особенности.

В приборе типа М требуемое взаимодействие электронов с бегущей волной проводится при точных определениях скоростей электронов и фазовой волны. В приборах типа О необходимым условием является ускорение электронов. В лампах этого класса кинетическую энергию, являющуюся избытком, электроны передают полю при заметном различии скоростей волны и электронов.

В лампах класса М поле забирает потенциальную энергию, в то время как кинетическая энергия электронов не подлежит изменению. Лампы двух описанных типов являются широкополосными усилителями. Самовозбуждение вызывается отражением от замедляющей системы усиливаемого сигнала, а предотвращается при помощи поглотителя.

В лампах бегущей волны класса О кинетическая энергия электронов преобразовывается в СВЧ-энергию. Это происходит за счет СВЧ-поля, которое тормозит электроны. Магнитное поле фокусирует электронный пучок, располагается в одном направлении с ним. Лампы бегущей волны класса О различаются в зависимости от своей мощности. Во входных усилителях используются лампы с малой мощностью, в промежуточных усилителях – со средней, в выходных усилителях – с большой.

В лампах бегущей волны класса М потенциальная энергия электронов генерируется в энергию СВЧ-поля. Электроны постоянно тормозят и разгоняются при движении от анода к катоду и в результате смешиваются. Магнитное поле перпендикулярно к направлению пучка. Лампа бегущей волны типа М состоит из инжектирующего устройства, создающего ленточный электронный поток, и пространства взаимодействия, которое генерирует электроны с СВЧ-полем.

Лампы бегущей волны действуют за счет взаимодействия поля бегущей электромагнитной волны с электронным потоком. Фокусирующий соленоид находится на металлическом баллоне, тогда как электронная пушка, замедляющая система в виде спирали и коллектор располагаются в самом баллоне. Спираль закрепляется между стержнями-диэлектриками с хорошей проводимостью тепла.

Лампа-вспышка

Лампа-вспышка – устройство вспомогательное, соединенное синхроконтактом с фотоаппаратом, осуществляет фотовспышку – интенсивное освещение объекта на краткое время его съемки. Представляет собой портативный импульсный источник света, автоматически включающийся во время полного раскрытия затвора фотоаппарата.

Существуют лампы-вспышки одноразового и многократного действия.

Лампы-вспышки многократного действия называются электронными. Конструкция электронной лампы-вспышки состоит из импульсной газосветной лампы с рефлектором, блока электрического питания, кронштейна-держателя и присоединительных электрических кабелей. Электрическое питание лампы-вспышки осуществляется или от сети 127—220 В при помощи выпрямителя переменного тока, или от электрической батареи. Фотовспышка осуществляется следующим образом: при включении устройства через резисторы заряжаются конденсаторы, причем конденсатор с малой емкостью заряжается быстрее конденсатора с большой емкостью, и после его полной зарядки, включения резистора, ограничивающего силу тока, включается неоновая сигнальная лампа, дающая сигнал, что устройство готово к работе. Когда затвор раскрывается полностью, происходит замыкание синхроконтакта, и через первичную обмотку трансформатора разряжается конденсатор с малой емкостью, это создает в его вторичной обмотке импульс 10—15 кВ, который ионизирует газ в импульсной лампе, и через ставший токопроводящим промежуток между ее контактами разряжается конденсатор с большой емкостью. Это и вызывает мощную вспышку света (фотовспышку). Когда после этого в импульсной лампе газ становится нетокопроводящим, конденсатор с большей мощностью начинает опять заряжаться, его зарядка длится до 15 с, после чего лампа-вспышка может быть снова использована. Лампы-вспышки многократного действия могут дать до 10 000 вспышек, продолжительность их вспышки составляет 1/400—1/2000 с, энергия их вспышки 36—100 Дж. Лампы-вспышки многократного действия имеют очень широкое применение.

Но существуют также и лампы-вспышки одноразового действия. Это небольшие лампы с баллоном, наполненным металлической фольгой и кислородом, их действие основано на сгорании фольги в атмосфере кислорода, что дает световой импульс 1/25 с.

Лампа обратной волны

Лампа обратной волны – это электровакуумный прибор, с помощью которого генерируются электромагнитные колебания СВЧ. Для процесса генерирования электромагнитная волна взаимодействует с электронным потоком. Электромагнитная волна по замедляющей системе движется в прямо противоположном электронам направлении. В зарубежной специальной литературе встречается и другое название прибора, такое, как карцинотрон.

Лампы обратной волны используются в сигнал-генераторах и свип-генераторах с широким диапазоном для радиотехнических измерений, также в быстро перестраиваемых приемниках, задающих генераторах с быстро перестраивающейся частотой и т. д.

Американский ученый-физик С. Мильман в 1950 г. обнаружил генерирование колебаний СВЧ, связанных с электронным потоком и обратной волной. Американцы Р. Компфнер и Н. Уильямс в 1953 г. ввели термин «лампа обратной волны» в научный дискурс.

Электронная пушка лампы обратной волны создает поток электронов, которые двигаются по прямой линии. Встречные пластины образовывают замедляющую систему, через которую проходит поток электронов. За счет этого в замедляющей системе возбуждается электромагнитная волна, направление которой прямо противоположно направлению движения электронов. Электрическое поле бегущей волны влияет на электронный поток, в результате чего формируются сгустки электронов. Сгустки тормозятся электрическим полем. Чтобы электронный поток сфокусировать, используют электростатическую систему фокусировки или направленное по оси потока магнитное поле.

Лампы обратной волны различаются по мощности колебаний, которая варьируется от 5 до 100 МВт.

Различают два вида ламп обратной волны – лампа типа О и лампа типа М.

В лампе обратной волны типа О СВЧ-поле тормозит электроны, в результате чего кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-поля.

Лампы другого типа преобразуют потенциальную энергию в СВЧ-поле. Электроны при движении от катода к аноду тормозят и разгоняются, смешиваются между собой. От напряжения замедляющейся системы зависит непосредственно частота излучения в лампах обоих типов.

Генераторы, применяемые на лампах обратной волны типа М, могут обеспечивать выходную мощность в разных частотных диапазонах. В дециметровом диапазоне мощность может равняться десятку кВт, в сантиметровом – нескольким единицам кВт. Подобные генераторы по своей мощности занимают первое место среди генераторов СВЧ-колебаний с электронной перестройкой частоты. В настоящее время они являются самыми мощными генераторами СВЧ-колебаний с электронной перестройкой частоты. Если генераторы синхронизированы, то их характеристиками являются высокая стабильность частоты и низкий уровень шума, что помогает для использования их в различных областях.

Волна СВЧ при изменении частоты лампы обратной волны отражается и поступает в замедляющую систему. Изменение выходной мощности изменяется, если отраженная таким образом волна взаимодействует с электронным потоком. Для того чтобы не изменять мощность, включается поглотитель, находящийся на конце замедляющей системы. При изменении напряжения катода и замедляющей системы изменяется и частота колебаний в лампе обратной волны. В современных лампах обратной волны диапазон частот колебаний изменяется от единиц ГГц до единиц ТГц. При уменьшении напряжения увеличивается крутизна электронной перестройки ламповой частоты. Величина напряжения пропорциональна выходной мощности колебаний лампы, которая изменяется от милливатт до нескольких ватт. Мощность лампы обратной волны зависит от напряжения замедляющейся системы.

Источником энергии и звеном положительной обратной связи является электронный пучок.

Одной из разновидностей данных приборов является лампа обратной волны магнетронного типа. Лампа магнетронного типа используется в измерительной аппаратуре, различных системах связи, при генерировании радиопомех и шумов и т. д.

Линия задержки

Линия задержки – это линейный четырехполюсник. Выходной сигнал такого инерционного четырехполюсника повторяет с некоторой задержкой входной сигнал. Сигнал при вводе должен соответствовать трем параметрам: порядку времени задержки, мантиссе времени задержки, волновому сопротивлению.

Впервые линию задержки стали применять во время Второй мировой войны для того, чтобы при использовании радаров шумы и помехи, возникающие при отражении от неподвижных объектов и земли, сокращались. В радарах применялись периодические импульсы радиоволн. Радиоволны отражались и усиливались с последующим отображением на экране. Неподвижные объекты на экране радара были лишними, поэтому сигналы радиоволн при отражении делились на два. Один сигнал посылался на экран радара, другой сигнал задерживался. Возникающие при выводе на экран обоих сигналов совпадения стирались, и на экране можно было видеть лишь движущиеся объекты.

Линия задержки, кроме всего прочего, использовалась как цифровое запоминающее устройство. В состав запоминающего устройства входили трубки, наполненные ртутью, на одном из концов трубки располагался преобразователь из пьезокристалла, сочетающий в себе и динамик, и микрофон. Радарный усилитель посылал сигналы на преобразователь, который в результате получения импульса возбуждал колебания ртути. По всей трубке колебания передавались на другой пьезокристалл, который, в свою очередь, передавал их на экран. Для каждого радара необходимо индивидуальное механическое сочетание времени задержки между импульсами для нормального рабочего процесса.

Дж. П. Эккерт изобрел ртутную линию задержки для компьютеров EDVAC и UNTVAC 1. Чтобы посылать выходной сигнал на вход, был добавлен повторитель на принимающий конец ртутной линии задержки. Благодаря этому импульс, посланный в систему, функционировал до тех пор, пока не отключат электропитание. Применение ртути обосновывалось тем, что акустические сопротивления ртути и пьезокристаллов практически равны. Данное равенство приводило к минимизации энергетической потери, которая происходила при передаче сигнала от ртути к кристаллу и наоборот. Время ожидания импульса уменьшалось за счет высокой скорости звука внутри ртути. Но в использовании ртути в линиях задержки были и недостатки, такие как цена, токсичность и вес. Кроме этого, ртуть в процессе согласования акустических сопротивлений нагревалась до 40 °С, что приводило к некоторому дискомфорту во время работы. В первой цифровой вычислительной машине в памяти хранилась программа EDSAC, которая содержалась в 32 линиях задержки. В каждой подобной линии задержки удерживались по 576 бит. В UNIVAC 1 линия задержки хранила по 120 бит, что упрощало схему и увеличивало количество больших блоков памяти.

Разновидность линии задержки, ртутная ультразвуковая линия задержки, использовалась в радиолокационной технике для определения времени прохождения сигнала. В ультразвуковой линии задержки преобразуется электромеханический сигнал, для этого используются пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи. Упругие волны распространяются в твердой среде линии задержки – звукопроводе – с небольшими потерями. Ультразвуковая линия задержки обладает рядом параметров, необходимых для успешной работы. К параметрам линии задержки относятся время задержки, рабочая частота, полоса пропускания, уровень ложных сигналов и температурный коэффициент задержки.

Для усовершенствования линии задержки ее синхронизировали таким образом, чтобы поступление импульсов на приемник было одновременно с готовностью компьютера принимать их и считывать. Чтобы найти нужный бит среди многочисленных других импульсов в линии задержки, компьютер сравнивал импульсы с синхроимпульсами.

Память линий задержки активно использовалась до конца 1960-х гг., она была экономична, надежна и быстра.

Линия передачи (данных)

Линия передачи (данных) – это средства, использующиеся в информационных сетях для передачи и распространения сигналов в заданном направлении. Затухание сигнала зависит от частоты и расстояния передачи, это важнейшие характеристики линии передачи.

Английский ученый О. Хевисайд еще в 1874 г. работал над теорией линий передачи, другое название которой теория телеграфных уравнений. В процессе проведения научных опытов Хевисайд предъявил ряд доказательств данной теории. Он выяснил, что емкость телеграфной линии при равномерном распределении сводит к минимуму затухание и искажение. Линия совсем не подвергается искажениям, если емкость телеграфной линии достаточно большая, а сопротивление изоляции, наоборот, малое. Благодаря теории Хевисайда телеграфная связь получила новый толчок к развитию и усовершенствованию. Всю свою жизнь Хевисайд находился не в ладах с научными кругами, поэтому его открытия и изобретения признавались ими не сразу, а спустя некоторое время.

К концу жизни этот оригинальный человек не прекращал поражать окружающих своими экстравагантными поступками. Всю домашнюю мебель он выкинул и использовал вместо нее гранитные глыбы, а свои великолепные ногти он красил в розовый цвет, поражая всех современных модниц и удивляя общественность.

В 1880-х гг. М. Пупин проводил эксперименты, в ходе которых установил способ, увеличивающий дальность передачи телеграфных линий. Дальность передачи обеспечивалась удлинительными катушками, установленными через определенные интервалы по линии передачи.

В компьютерных сетях используют определенные типы линий передач. Для работы на линиях передачи используются специфические, отличные от телефонных, модемы. Они переносят передаваемые сигналы в полосу частот линии передач, специально используемой для обмена в сети. К подобным линиям передач относятся однопроводная, двухпроводная, четырехпроводная линии, линии силового электропитания и т. д. Однопроводная линия передачи самая простая из вышеперечисленных. На практике такие линии по возможности не применяются, так как передатчик и приемник расположены далеко друг от друга, что приводит к возникновению помех. В пределах различных зданий используется двухпроводная телефонная линия. Двужильные линии работают при двух режимах обмена данными – симплексном и полудуплексном. При симплексном режиме возможна односторонняя передача данных, при полудуплексном режиме передача может осуществляться попеременно в двух направлениях. При снижении скорости передачи может происходить и дуплексный режим обмена, в ходе которого передача происходит в двух направлениях одновременно. Этого не происходит в четырехпроводной телефонной линии, работающей во всех режимах без каких-либо снижениях скорости или других изменениях.

В магистральной части телефонной линии, предназначенной для внешних соединений, используется многопарный кабель телефона. Эта линия передачи отличается от внутренних телефонных линий тем, что обладает полосой пропускания, уплотняющей большое количество телефонных каналов. Линия силового электропитания применяется в организации направленной двусторонней домашней автоматики. Такая автоматика связывает бытовые приборы, такие как телевизор, стиральная машина, с датчиками температуры, потребляемой мощности и т. д. Она управляет бытовыми приборами и сигнализирует о возникновении опасных ситуаций. Электропроводка используется и для других побочных действий, но характеристики электропроводки зависят от бытовых приборов, дополнительно включенных в сеть. Поэтому перегрузка может привести к негативным результатам. В системе кабельного телевидения применяются линии передачи на основе коаксиального кабеля. Они используют специализированный модем, получивший название cable modems. При передаче запросов и получении ответной информации выбираются неравные скорости, что приводит к гармонизации рабочего процесса. Пользователи, не имеющие индивидуального рабочего места, применяют беспроводные радиолинии. Обслуживает локальную сеть в этом случае радиомодем. Линии передачи также могут использовать искусственные спутники Земли как ретрансляторы сигналов в сетях обмена информацией, что по принципу действия сходится с наземными беспроводными линиями.

Магнетрон

Магнетрон – это цилиндрический диод, находящийся в магнитном поле и направленный соответственно его оси. В электронной технике магнетроном называют электровакуумный прибор СВЧ. В генераторном приборе электрическая составляющая поля СВЧ взаимодействует с электронами. Данное взаимодействие проходит в пространстве, в котором электрическое поле перпендикулярно магнитному полю. Название диода происходит от греческого слова magnetis – «магнит» и «электрон».

В 1921 г. американский ученый А. Халл провел и опубликовал ряд экспериментов, связанных с магнетроном, работающим в статическом режиме, а также сконструировал несколько моделей прибора. Физик из Чехословакии А. Жачек через три года с помощью магнетрона генерировал электромагнитные колебания в дециметровом диапазоне волн. Многие ученые из разных стран исследовали в 1920-х гг. влияние магнитного поля на преобразование колебаний СВЧ. Среди таких ученых-физиков были советские Д. С. Штейнберг и А. А. Слуцкин, немец Е. Хабан, итальянец И. Ранци, японцы Х. Яги и К. Окабе. Спустя десятилетие интерес к магнетрону не пропадал, основной задачей было увеличить выходную мощность генерируемых СВЧ-колебаний. С этой задачей справились советские ученые Д. Е. Маляров и Н. Ф. Алексеев, увеличившие мощность магнетрона на два порядка. Чтобы достичь такого успеха, инженеры заменили анод массивным медным блоком, в состав которого входили несколько резонаторов. Такой магнетрон получил название многорезонаторный, ставший очень популярным и полезным и в последующие годы. Еще в 1918 г. академик А. А. Чернышев предложил применять катод в радиолампах. Последний имел форму цилиндра с подогревателем внутри. Этот катод впоследствии стали применять чаще не в радиолампах, а в магнетронах. Инженеры В. П. Илясов, К. Хенсел, Л. Молтер, Р. Гудрич, Дж. Райхман в 1930-х гг. предлагали делать катоды для магнетрона полыми внутри. Более 30 лет магнетроны совершенствовались, разрабатывались новые виды, на основе магнетрона создавались приборы, генерирующие и усиливающие колебания СВЧ. В 1970-х гг. магнетроны выпускаются с мощностью от нескольких Вт до десятков кВт, с фиксированной частотой (неперестраиваемые магнетроны) и в малом диапазоне частот (перестраиваемые магнетроны).

Многорезонаторный магнетрон состоит из анодного блока, резонатора, ламеля анодного блока, катода, кольцевой металлической связки, выводов подогревателя катода, радиатора, петли связи для вывода СВЧ-энергии, стержня вывода энергии СВЧ.

В многорезонаторном магнетроне анодный блок выглядит как медный цилиндр. В центре цилиндра находится сквозное круглое отверстие, сквозные полости которого выполняют функцию резонаторов. В щели между резонатором и центральным отверстием располагается катод. Колебательная кольцевая система, образованная резонаторами, имеет несколько резонансных частот, укладывающих несколько волн на колебательную систему. Колебания, при которых количество резонаторов равно количеству полуволн, считается самым выгодным. В многорезонаторном магнетроне между катодом и анодным блоком движутся электроны, на которые действуют сразу электрическое поле СВЧ резонаторной системы, постоянное магнитное поле и постоянное электрическое поле.

Чтобы магнетрон работал стабильно, без сбоев и перескоков, должно быть различие между рабочей частотой и ближайшей резонансной частотой колебательной системы.

При наличии в магнетроне одинаковых резонаторов разность рабочей и резонансной частот получается недостаточной. Чтобы увеличить разность, вводят металлические кольцевые связки, или используют разнорезонаторную колебательную систему.

Магнетроны часто применяются в микроволновых печах. В камере для готовки пищи располагается отверстие волновода СВЧ-печи, который легко проницают радиочастоты. Когда внутри печи находятся продукты, микроволны не отражаются в волновод, а поглощаются ими. В волноводе интенсивно стоячие волны могут просто уничтожить магнетрон. Чтобы этого избежать, специалисты советуют при небольшом количестве продуктов в камере ставить в микроволновую печь стакан воды, который будет поглощать радиоволны.

Магнитола

(см. «Магнитофон»)

Магнитола – радиотехническое устройство, соединяющее в своей конструкции магнитофон и радиоприемник.

Имеет общие громкоговорители, выпрямитель переменного тока, усилитель электрических колебаний. Такие устройства появились во второй половине ХХ в.

Магниторадиола

(см. «Магнитофон»)

Магниторадиола – радиотехническое устройство, соединяющее в своей конструкции магнитофон, радиоприемник и электропроигрыватель. Имеет общие громкоговорители, выпрямитель переменного тока, усилитель звуковых частот. Такие устройства появились во второй половине ХХ в.

Магнитофон

Магнитофон – устройство, осуществляющее магнитную запись и воспроизведение звука. Характеристики магнитофона – ширина магнитной ленты, скорость ленты, рабочие диапазоны частот. Магнитофоны различаются по своей конструкции, которая зависит от их назначения. По назначению магнитофоны бывают профессиональными и бытовыми. Профессиональные магнитофоны применяются в звуковом кино и для студийных записей. Магнитофоны, применяемые в звуковом кино, обеспечивают синхронную звукозапись с изображением на перфорированной магнитной ленте. Студийные магнитофоны обеспечивают звукозапись на неперфорированной магнитной ленте. Такие магнитофоны – это рабочее оборудование телецентров, радиовещания, студий грамзаписи. Они обеспечивают высококачественную звукозапись на ленте шириной 6,25 мм. Магнитофоны также используются в научно-исследовательской работе, для записи различных сигналов звуковых частот, в системе транспортных перевозок, для записи диспетчерских переговоров. Журналисты используют переносные репортерские магнитофоны, имеющие автономное электропитание и диктофоны.

Бытовые магнитофоны применяются для прослушивания фонограмм, для любительских звукозаписей, для обучения иностранному языку. Такие магнитофоны осуществляют параллельную запись на двух дорожках с параллельным подключением к устройству внешнего контроля. Бытовые магнитофоны часто соединяют в своей конструкции и радиоприемник – это магнитола, и радиоприемник и электропроигрыватель – это магниторадиола. Магнитофонная приставка не имеет усилителя звуковых частот и громкоговорителя и служит только для записи звука с радиоприемника, микрофона или электропроигрывателя. Конструкция любого магнитофона состоит из механизма продвижения ленты (лентопротяжного), магнитных головок для записи, воспроизведения записи и ее стирания, усилителей электрических сигналов, индикатора уровня записи, генератора высокочастотных колебаний, устройства электропитания. Магнитная головка – это устройство, обеспечивающее магнитную запись, стирание или воспроизведение звука. Магнитная головка имеет в своей конструкции магнитопровод-сердечник из железоникелевых или алюминиевых сплавов и обмотки, подводящих и снимающих электрические сигналы. У сердечника есть рабочий промежуток, заполненный бериллиевой фольгой, для магнитной связи головки с носителем записи. Рабочий зазор находится на сердечнике со стороны носителя записи, и это его положение обеспечивает магнитную запись с поперечным, продольным или перпендикулярным намагничиванием. Электрические сигналы, идущие в обмотку во время записи, создают в сердечнике магнитный поток, пронизывающий участок поверхности носителя записи, влияя на намагниченность участка соответственно записывающему сигналу. Звукозапись в магнитофоне осуществляется на магнитной ленте. Она состоит из двух слоев. Один слой – основа, другой – рабочий магнитный. Магнитный слой состоит из игольчатых частиц гамма-окиси железа, двуокиси хрома. Основа – полиэтилен-терефлатная или поливинилхлоридная пленка, на которую нанесен магнитный лак с магнитным порошком и связующим веществом. Поверхности самых высококачественных магнитных лент полируются. Магнитные ленты различаются по типам в зависимости от назначения. Основные характеристики магнитной ленты – назначение, материал ее основы, толщина, ширина, технологическая разработка, перфорированность. Для звукозаписи в бытовых или студийных магнитофонах применяется магнитная лента, имеющая толщину 9, 12, 18, 27, 37, 55 мкм и ширину 3,81, 6,25 мм. Для видеозаписи в студийных видеомагнитофонах применяется магнитная лента толщиной 37 мкм и шириной 25,4 или 50,8 мм. Для видеозаписи в бытовых видеомагнитофонах применяется магнитная лента толщиной 37 мкм и шириной 12,7 или 6,25 мм. В кино применяются магнитные перфорированные ленты толщиной 150 мкм, шириной 35 мм. В различных измерительных приборах магнитная лента имеет толщину 18 или 37 мкм и ширину 12,7; 25,4; 6,25 мм. Способ магнитной записи в магнитофоне основан на изменении магнитного состояния магнитной ленты соответственно сигналам информации. Способ воспроизведения звука основан на обратном преобразовании сигналов информации. При магнитной записи электрические сигналы преобразуются для получения записи. Стирается запись размагничиванием носителя специальной стирающей головкой. При этом постоянный или переменный ток проходит через обмотку. Чем больше скорость записи, тем выше ее качество. Для видеозаписи сигналов частотой 10—15 МГц скорость составляет 50 м/с, для звуковых частот 30—16 кГц скорость движения 9,5 м/с. Магнитная запись различается по способу ее осуществления. Такими способами являются: направление ленты, преобразование сигналов в записывающих каналах, подача дополнительного переменного или постоянного тока высокой частоты 40—200 КГц для подмагничивания ленты. Это влияет на качество записи. Для каждого типа магнитной ленты применяется различная сила тока подмагничивания.

Магнитная лента в профессиональных магнитофонах намотана на сердечник, в бытовых – на катушку. В кассетных магнитофонах лента находится в магнитофонной кассете, это улучшает эксплуатацию и увеличивает сохранность звукозаписи. Монофонические магнитофоны имеют один канал записи и воспроизведения звука. Стереофонические магнитофоны имеют для каждого канала специальные головки, громкоговорители, усилители.

В бытовых стереомагнитофонах, как правило, 2 канала, в профессиональных стереомагнитофонах число каналов доходит до 6.

Магнитофоны появились в середине ХХ в. и сейчас имеют очень широкую сферу применения, так как магнитная запись достаточно проста в осуществлении, удобна для воспроизведения и эффективна благодаря многоразовому использованию магнитной ленты и изготовлению копий.

Дальнейшее совершенствование магнитной записи направлено на качественное улучшение носителя, увеличение ее скорости, плотности и точности.

Магнитофонная приставка

(см. «Магнитофон»)

Магнитофонная приставка – устройство, не имеющее громкоговорителя и усилителя звуковых частот и предназначенное для записи с радиоприемника, электропроигрывателя или микрофона и использующее усилитель звуковых частот от радиоприемника.

Микроволновая печь

Микроволновая печь – это бытовой электрический прибор, который предназначен для быстрого приготовления, подогрева или размораживания продуктов. В микроволновой печи, в отличие от других подобных приборов и устройств, разогревание распространяется не только на поверхность, но и по всему объему пищи, что приводит к минимизации времени приготовления.

С созданием микроволновой печи связана интересная история. Автором этого замечательного изобретения является американский инженер П. Спенсер. В 1940-х гг. он работал над изготовлением различного оборудования для радаров. Однажды он заметил, что сверхвысокочастотное излучение способно нагревать продукты. По одной версии, он, проводя опыты с магнетроном, обнаружил расплавившийся кусочек шоколада в кармане. По другой версии, нагрелся его бутерброд, лежащий на включенном магнетроне. Так или иначе, он обнаружил эффект нагревания сверхвысокочастотными излучениями пищи и решил запатентовать свое изобретение. В 1946 г. была создана первая микроволновая печь фирмой «Райтеон», которая быстро приготавливала пищу в промышленных условиях. Интересно, что она совершенно не была похожа по размерам на привычную современную печь. Высота первой микроволновой печи равнялась человеческому росту, а масса была 340 кг. Мощность ее превышала в 3 раза мощность современной СВЧ-печи.

Из-за больших размеров и дороговизны первые микроволновые печи применялись практически исключительно только в столовых военных госпиталей и солдатских отделений. В 1962 г. японская компания «Шарп» выпустила целую серию микроволновых печей, но в то время мало кто мог оценить все достоинства этой чудо-печки. В наше время микроволновая печь является одним из самых незаменимых популярных бытовых электроприборов.

В состав микроволновой печи входят: магнетрон, источник микроволн, источник высоковольтного питания магнетрона, волновод, передающий микроволны от магнетрона к камере, цель управления. Кроме этого, микроволновую печь составляют вспомогательные элементы, вращающийся столик в камере, сама металлическая камера с дверцей, в нее помещаются продукты и концентрируется сверхвысокочастотное излучение. Для обеспечения безопасности в микроволновой печи используются блокировки: вентилятор и магнетрон, охлаждающий и избавляющий камеру от газов, произведенных пищей.

Принцип работы микроволновой печи заключается в том, что диэлектрики, содержащиеся в продуктах (вода и т. д.), поглощают сверхвысокочастотное излучение печи. Вода поглощает микроволновое излучение из-за того, что ее молекулы обладают большим дипольным моментом. Молекула воды, оказываясь в электрическом поле, всегда ориентирует себя на расположение вдоль этого поля. В микроволновой печи сверхвысокочастотные электромагнитные волны образуют поле, направление которого меняется около миллиарда раз в секунду. Молекула воды, вынужденная располагаться вдоль поля, постоянно ищет свое место и тем самым быстро вращается. Молекул воды в пище много, поэтому при вращении они не могут не сталкиваться, в результате чего энергия вращения молекул преобразуется в энергию поступательного движения. Температура воды за счет энергии поступательного движения повышается, что приводит к нагреванию продуктов.

Микроволновая печь всегда должна работать с нагрузкой, нельзя ее включать без продуктов внутри камеры. В противном случае сверхвысокочастотное излучение не поглотится пищей в камере, а поглотится внутри своего источника. В результате этого источник перегревается, микроволновая печь выходит из строя.

При малой нагрузке микроволновой печи специалисты рекомендуют ставить в камеру для поглощения излишков излучения стакан воды.

Микроволновое излучение не проникает в металлическую посуду, особенно если она закрыта, это может привести к поломке печи. Посуда с металлической каемкой нагревается вихревыми токами в микроволновой печи, и посуда постепенно разрушается в области напыления из металла.

Кроме этого, существует ряд продуктов, которые по разным причинам нельзя ставить в камеру микроволновой печи в закрытом или открытом виде: птичьи яйца, жидкость в герметично закрытой посуде, дистиллированную воду и т. д.

Не все продукты подходят для подогревания в микроволновой печи, обычно это четко прописано в инструкции по ее применению.

В последнее время появляется все больше разновидностей микроволновой печи: стандартная печь, называемая «solo»; микроволновая печь с грилем; дорогие конвекционные печи с грилем; микроволновые печи с двойным излучением; а также печи, оснащенные специальными датчиками – «сенсор пара».

Микромодуль

Микромодуль – это миниатюрный модуль, имеющий плотную упаковку радиодеталей.

Подобный микромодуль применяется в радиоэлектронике. Он необходим также в авиационной, космической и ракетной электронной аппаратуре с малыми габаритами. Микромодули ставят в различные приборы и оборудование, но не более одной штуки в один прибор.

Микромодули бывают плоскими, таблеточными, цилиндрическими и этажерочными. Плоские микромодули составляют из микроэлементов, которые установлены на печатной плате. Плату герметизируют и заключают в металлический кожух.

Микроэлементы таблеточного микромодуля устанавливаются в отверстия печатной платы. В цилиндрическом микромодуле все микроэлементы подбираются одинакового размера. В состав этажерочных микромодулей входят такие микроэлементы, как резисторы, полупроводниковые диоды, транзисторы, конденсаторы и т. д. Эти микромодули изготавливают в форме тонких пластин и заливают герметизирующим полимерным компаундом.

В отличие от обычного модуля микромодуль обладает высоким коэффициентом упаковки и высокой надежностью.

Микромодуль сетевой защиты устраняет перенапряжения несколькими параметрами: быстротой действий, малыми габаритами, герметичным исполнением, индикацией состояния сети.

В последнее время многокристальные модули стали очень популярными. По их технологии стали изготавливать и микромодули. Подобные микромодули торцевыми контактами и ламелями припаиваются к плате коммутации. Демонтировать такие микромодули можно как на выключенном, так и на работающем приборе. Для этого стальная коммутационная плата разогревается до температуры пайки в том месте, где установлен микромодуль.

Микромодуль с плавным изменением мощности носит название диммированного. Он управляется местным выключателем или дистанционными командами. В таком микромодуле настройки могут перепрограммироваться. Этот прибор устанавливают под розетками, в монтажных коробках, за выключателями, за подвесными потолками и т. д.

Микрофон

Микрофон – это прибор, преобразующий звук в акустические и электрические сигналы.

В 1861 г. немец Ф. Рейс создал прадедушку современного микрофона. Это был аппарат, демонстрирующий принцип работы человеческого уха. Механическое ухо было создано из простейших материалов: проволоки, вязальной спицы, кусочка кожи и половины корпуса скрипки. Мембраной «уха» служила кожаная диафрагма, которую Рейс натянул на прямоугольную коробку с раструбом. Его аппарат был далек от идеала, но именно его идея легла в основу будущего микрофона. Рейс был просто учителем, не проводил серьезных научных изысканий. Зато американский профессор электротехники и музыки Д. Юз в 1855 г. (другие источники утверждают, что это произошло в 1878 г.) путем целого ряда опытов создал более совершенный аппарат. Чтобы аппарат преобразовывал звуки в электрический сигнал, Юз делал чувствительный элемент из металлических опилок, проволочных гвоздей, графита и угля. Таким образом, благодаря экспериментам профессора Юза получился прототип угольного микрофона.

Угольный микрофон, модернизированный со временем, содержал в себе герметично закрытую капсулу. Угольный порошок помещался в этой капсуле между металлическими пластинами, одна из которых соединена с мембраной. Давление на угольный порошок варьируется, и при каждом изменении расстояние контактирующих зерен угля оказывается разным, что приводит к смене сопротивления металлических пластин. Напряжение пластин зависит от давления на мембрану при постоянном токе в металлических пластинах. В 1877 г. изобретатель Э. Берлинер создал первый угольный микрофон. Конструкция угольного микрофона, наиболее распространенная на сегодняшний день, принадлежит изобретателю Э. Уайту, создавшему его в 1890 г. Практически всегда в угольном микрофоне не требуется усиления, сигнал подается сразу на громкоговоритель или в наушники. За счет такого свойства угольные микрофоны часто использовались в телефонных аппаратах, пока их не заменили более дорогостоящими полупроводниковыми деталями. На сегодняшний день угольные микрофоны мало используются, в основном из-за своих недостатков. Они обладают низкой чувствительностью и амплитудно-частотный диапазон их довольно мал.

По типу преобразования микрофон делится на конденсаторный, динамический и электретный, а по своему предназначению различается микрофон инструментальный и голосовой.

В конденсаторном микрофоне находится мембрана, представляющая собой одну из нескольких обкладок конденсатора. При изменении состояния мембраны меняется и электрическое поле, вырабатывающее аналоговый сигнал. В конденсаторном микрофоне выходное сопротивление очень высокое, поэтому вблизи от него помещается предусилитель с высоким входным сопротивлением. Конденсаторные микрофоны благодаря своему качественному звучанию широко используются на радио, телевидении, в студиях звукозаписи. Несмотря на свои многочисленные положительные качества, конденсаторный микрофон обладает и недостатками. Стоимость подобных микрофонов довольно высокая, кроме этого, микрофон очень чувствителен к внешнему воздействию: температурным перепадам, изменению влажности воздуха и механическим ударам. Одна из разновидностей конденсаторного микрофона – электретный микрофон, не имеющий большинства недостатков своего собрата. Механизм работы такого микрофона основывается на электретах, т. е. диэлектрических материалах, которые способны в течение некоторого времени сохранять неоднородность распределения заряда.

Динамический микрофон действует также благодаря мембране, которая принимает звуковые волны. К мембране снизу прикреплена катушка индуктивности, внутри которой располагается магнит. При записи звук, т. е. при колебании давления воздуха, действует на мембрану, которая приводит в движение катушку индуктивности. Именно таким образом вырабатывается электрический сигнал. Динамический микрофон некоторыми радиолюбителями применялся в качестве динамика, громкоговорителя. Принцип их действия аналогичен, только в динамик для создания звука подается напряжение на катушку индуктивности, а в микрофоне с катушки снимается напряжение внешнего звука. Динамическому микрофону, в отличие от конденсаторного, для работы не требуется источник внешнего питания.

Голосовой микрофон используется человеком во время пения или произнесения каких-либо звуков. Инструментальный микрофон изготавливают любых размеров и форм, его не надо держать в руке. Используются такие микрофоны в дорогих звукозаписывающих студиях. Как правило, многие звукорежиссеры для экономии средств и места применяют микрофоны, подходящие и для инструментов, и для вокала. Это модели AKG C 414, AKG C 3000, Neumann U87, Shure SM 58 и т. д.

Микшер

Микшер – это коммутационная панель с микрофонными предусилителями и эквалайзерами. Микшер представляет собой микшерный пульт, за счет работы которого электрические сигналы нескольких источников звука складываются в один сигнал. Остальные сигналы не влияют друг на друга. Благодаря микшерному пульту производятся запись и воспроизведение сигнала нескольких источников. Микшерный пульт просто необходим для любой звукозаписывающей студии. Для звукозаписи используются концертные и вещательные микшеры.

На сегодняшний день самым распространенным микшером является восьмиканальный микшер. Кроме 8 моноканалов, микшер составляют 4 стереоканала, мониторная моношина, альтернативная шина микширования, 2 шины посылов на эффекты. У каждого моноканала есть микрофонный и линейный входы; кнопка, включающая обрезной фильтр низких частот; кнопка назначения канала; кнопка заглушения со светодиодным индикатором; кнопка солирования и кнопка альтернативной шины микширования.

Помимо этого, в состав моноканала входят регулятор чувствительности, регуляторы уровня посылов, регулятор панорамы, трехполосный эквалайзер, фейдер уровня и светодиодный пиковый индикатор или индикатор солирования. Все моноканалы обладают гнездами разрывов, куда подключаются внешние приборы обработки.

Стереоканал состоит из линейных входов, регуляторов уровня посылов, регулятора баланса, трехполосного эквалайзера, фейдера уровня, светодиодного индикатора. Также в каждом стереоканале есть кнопки: заглушения, солирования и назначения канала на различные шины микширования.

У шин посылов на внешние эффекты имеются линейный и мониторный выходы, моновыходы, фейдеры уровня и выходы альтернативной шины. Еще шины посылов обладают выходом для наушников, входами и выходами для устройств с двумя дорожками, светодиодными индикаторами уровня, переключателем режима солирования. Кнопки в шинах посылов имеются для назначения альтернативной и главной шин микширования на матрицу монитора, для назначения сигнала с входа на шину посыла, для назначения альтернативной на основную шину микширования.

Одной из самых распространенных моделей микшеров на сегодняшний день является Mackie, с 8 подгруппами.

Каждый микшер имеет каналы, обладающие основным и мониторным путями сигнала. Это применяется для того, чтобы во время звукозаписи поступающие сигналы отправлялись на основной путь, а уже записанные партии на мониторный путь. Разъемы многих микшеров выполняют сразу две функции: они являются прямыми выходами каналов и выходами подгрупп. При соединении их с входами записывающего устройства с большим количеством дорожек сигналы посылаются на него с входов канала или подгруппы без какого-либо изменения коммутации.

Видеомикшеры используются для проведения спортивных и концертных трансляций, для производства полноформатных программ и рекламы.

Модуль

Модуль – это составная часть, легко отделяемая от общего. Понятие происходит от латинского слова modulus – «мера». В технике название «модуль» дается важному коэффициенту или величине. Предмет называется модульным, если он состоит из частей, свободно подвергающихся трансформации, но не разрушающих сам предмет.

В разных областях науки модуль понимается по-своему. В программировании модулем считается фрагмент программы, который закончен функционально. В электронике модулем называется функционально завершенный узел радиоэлектронной аппаратуры, конструкция которого представляет собой самостоятельный продукт. Модулем в архитектуре считается радиус поперечного разреза основания колонны. Под модулем в судостроении понимается произведение ширины, высоты борта и длины между перпендикулярами. Как законченный блок учебного материала с проверочной работой выступает модуль в педагогике. В мультимедиа модулем принято называть музыкальный файл формата MOD. В рекламе модуль предстает как размер графика для печатной рекламы.

В последнее время широко применяются так называемые многокристальные модули, проводники которых подвергаются процессу напыления через металлические маски. Этот метод напыления – метод свободных масок – формирует около 30 слоев печатной платы. Благодаря многокристальным модулям происходит меньшее количество отказов электронных блоков на печатных платах.

В программировании используется исполняемый модуль, т. е. файл, содержащий в себе информацию, готовую к исполнению компьютерной программой. Часто исполняемый модуль хранит двоичное представление инструкций для процессора. Статус исполняемого модуля определяется соглашениями. В некоторых операционных системах исполняемый модуль обладает определенными метаданными, в других системах модули распознаются соглашением об именовании файлов. Исполняемые модули содержат в себе большой объем информации, которая зачастую не является компьютерной программой. В таком файле могут быть описания программного окружения с уже выполненной программой; данные для отладки программ; информация для запуска процесса операционной системы и т. д. Исполняемые модули могут зависеть от операционной системы.

В физике применяется модуль упругости (модуль Юнга). Он представляет собой коэффициент, который характеризует сопротивление материала при упругой деформации сжатия или растяжения.

Термальный модуль является комплектом, в состав которого входят распределяющий в корпусе компьютера воздушные массы процессор и система охлаждения кожуха. Поток воздуха, образуемый вентилятором, термальный модуль не рассеивает, а выпрямляет. В этом процессе не последнюю роль играет тоннель, который создает эффект высокого воздушного разряжения. Вентилятор засасывает воздух из окружающей среды, который охлаждает источники тепла. Воздушный поток сначала охлаждает самые горячие тепловые источники на материнской плате, а после этого уже остальные. Термальные модули бывают полноразмерными и низкопрофильными. В полноразмерном модуле находится вентилятор, модуль используется в компьютерных корпусах с объемом в 10 л. В низкопрофильном модуле и вентилятор, и корпус меньше, чем у полноразмерного модуля.

Модулятор

Модулятор – это устройство для осуществления управления параметрами электромагнитного переносчика информации с высокой частотой, т. е. модуляции. Модулятор используется в радиопередатчиках, дальней связи, в звуковых киносъемочных аппаратах. Гармонические колебания с помощью модулятора, входящего в состав передающих устройств радиовещания и электросвязи, переносят информацию с частотой от 104 до 1015 Гц. Модуляция колебаний зависит от изменений параметров гармонических колебаний, вместе с ней изменяется и тип модулятора. Модуляция бывает амплитудная, фазовая, частотная, смешанная и т. д. Импульсные модуляторы управляют параметрами электрических импульсов, которые переносят информацию при импульснокодовой модуляции.

Передаваемое сообщение содержит в себе модулирующие электрические сигналы. Сигналы способны принимать самую разнообразную форму: медленные телеграфные посылки «точка-тире», колебания звукового диапазона передачи звуков, быстрые изменяющиеся телевизионные сигналы и т. д. Модуляторы могут усиливать модулирующие колебания.

В модуляторе модулируемые колебания должны изменяться во времени быстрее, чем модулирующие, поэтому взаимодействующие цепи модулируемых колебаний обладают низкой частотностью. Управляющий элемент модулятора помогает взаимодействию сигнала и параметров модулируемых колебаний. Таким управляющим элементом в модуляторе выступает электронная лампа. Управляющими элементами становятся реактивные устройства при частотной и фазовой модуляциях. Индуктивность и емкость управляющих элементов меняются под действием модулирующего сигнала. В транзисторных модуляторах управляющий элемент носит название реактивного транзистора, в ламповых – реактивной лампы. Электронная лампа, варикап или другой полупроводниковый прибор служат управляющими элементами при импульсной модуляции. Когда посылается импульсное модулирующее напряжение любого знака, полупроводниковый прибор отпирает или запирает волноводный тракт.

Амплитуда генерируемых колебаний изменяется модулятором при амплитудной модуляции. В ламповом радиопередатчике находится сеточный модулятор, напряжение которого воздействует на сеточную цепь генератора. В анодном модуляторе напряжение действует на выходную цепь генераторной лампы. Анодный модулятор обеспечивает глубокую модуляцию при малых искажениях, но, по сравнению с сеточным, он менее экономичен.

Базовый и коллекторный модуляторы, установленные в транзисторных радиопередатчиках, аналогичны сеточному и анодному модуляторам. Балансный модулятор используется при генерировании амплитудно-модулированных колебаний.

Модулятор, благодаря некоторым своим свойствам, составляет части устройств, усиливающих звуковой диапазон, СВЧ-диапазон и т. д.

Модулятор в магнитном усилителе представляет собой электрический дроссель, ток усиливаемого сигнала управляет его индуктивностью. При таких обстоятельствах переменный ток моделируется с высокой частотой. Модулятор в диэлектрическом усилителе имеет вид нелинейного конденсатора, его емкостью управляет сигнальное напряжение.

Также модулятор входит в состав многих параметрических усилителей.

Волноводный импульсный модулятор с высокими частотами состоит из радиоволновода, переключательного диода, диодной камеры.

В состав варикапного частотного модулятора входят варикап, образующий вместе с катушкой индуктивности генераторный резонансный контур на транзисторе; источник напряжения, которое подается на транзистор и варикап; конденсаторы развязывающих цепей; резисторы развязывающих цепей.

В области современных оптических соединений компьютеров и других подобных устройств также используются модуляторы. Совсем недавно американский ученый Р. Чен изобрел оптический модулятор на основе чипа из кремния. Свет распространяется во много раз быстрее, чем электроны и другие твердые вещества. Поэтому новые разработки, помогающие с помощью света передать информацию на кремниевых чипах, очень востребованы и актуальны. Структура чипа позволяет замедлять скорость света, который проходит сквозь чип, что помогает электрическому току модулировать его и передавать через него информацию. Оптический модулятор контролирует передачу лазерного луча при подводимой мощности, этот факт может стать основой для активного распространения оптических типов в потребительской электронике, телекоммуникационных системах и т. д.

Моноскоп

Моноскоп – это телевизионная трубка, передающая одно неподвижное изображение или телевизионную испытательную таблицу. Название «моноскоп» происходит от греческих слов mono – «один» и skopeo – «смотрю». Применяется моноскоп для проведения проверки и осуществления настройки телевизионной аппаратуры. Механизм работы моноскопа во многом схож с принципом действия иконоскопа. По своему устройству передающие трубки моноскоп и иконоскоп также похожи. В моноскопе, в отличие от иконоскопа, нет фоточувствительной мозаичной мишени.

Вместо мишени в моноскопе присутствует окисленная алюминиевая пластина. У данной алюминиевой пластины коэффициент вторичной эмиссии довольно большой. Изображение, передаваемое моноскопом, наносится на пластину из алюминия с небольшим коэффициентом вторичной эмиссии. Электронный луч производит развертку мозаичной мишени, при этом коэффициент вторичной эмиссии отдельных элементов мишени изменяется. Вторичные мишени будут покидать мишень, их количество меняется с изменением коэффициента вторичной эмиссии. В коллекторе вторичных электронов или в цепи алюминиевой пластины в результате этого сформируется видеосигнал изображения. Моноскопы бывают также с медленными электронами, которые проводят развертку мозаичной мишени так же, как это происходит в видиконе.

В моноскопе хорошо регулируется отношение сигнал-шум, очень четкая детальность изображения, хорошая передача яркости. Благодаря этим параметрам моноскоп используют как источник испытательного сигнала, чтобы измерить и настроить телевизионную аппаратуру.

Насадочная линза

Насадочная линза – вспомогательное устройство объектива, линза, изменяющая фокусное расстояние объектива. Насадочные линзы бывают положительные или отрицательные.

Положительная линза применяется для уменьшения фокусного расстояния, отрицательная линза применяется для увеличения расстояния. В крупномасштабной съемке используют положительную линзу как вспомогательное устройство фотоаппаратов или киноаппаратов с ограниченным выдвижением объектива в сторону объекта съемки. Но использование при съемке насадочных линз снижает качество изображения, поэтому для снижения этого негативного влияния диафрагмируют объектив и используют светофильтры.

Обтюратор

Обтюратор – устройство кинопроекционного аппарата, осуществляющее периодическое перекрывание света, идущего к кадровому окну кинопроекционного аппарата, когда скачковый механизм перемещает кинопленку. Обтюраторы различаются по конструкции (форме) и по характеру движения. Дисковые, цилиндрические и конические обтюраторы осуществляют вращательное движение. Шторные обтюраторы осуществляют возвратно-поступательное движение.

У всех обтюраторов есть световые вырезы для прохождения света. В киносъемочном аппарате свет идет к экспонируемому фотослою кинопленки. В кинопроекционном аппарате свет идет к проекционному кадру кинофильма.

Световые вырезы могут иметь секторную прямоугольную или другую форму. Обтюратор вращается с частотой, соответствующей частоте кинопроецирования или киносъемки. Перекрывание лучей света за определенный период времени, требуемый, чтобы кадр сменился, достигается специальным угловым размером рабочей лопасти обтюратора.

Объектив

Объектив – оптическая система, используемая для формирования действительного оптического изображения объекта.

Объективы делятся по конструкции на три класса и различаются по назначению.

По конструкции объективы бывают линзовые – диоптрические, рефракторы; зеркальные – катоптрические, рефракторы; зеркально-линзовые – катадиоптрические.

По назначению объективы бывают телескопические, микроскопические, фотографические и проекционные.

Телескопические объективы дают уменьшенное изображение объекта, микроскопические объективы дают увеличенное изображение объекта, фотографические и проекционные дают или уменьшенное, или увеличенное изображение, что зависит от использования и конструкции. Оптическое изображение может рассматриваться в окуляр или получаться на поверхности фотографического светочувствительного слоя.

Основные характеристики любого объектива – это фокусное расстояние, диаметр входного зрачка, относительное отверстие, светосила, поле зрения, разрешающая способность, коэффициенты светопропускания и светорассеяния.

Фотографические объективы – кинопроекционные, киносъемочные, – дают изображения, резкие до краев фотопленки при ее больших размерах. Поэтому фотографические объективы имеют большие углы поля зрения, более 50°. И чем больше угол поля зрения и относительное отверстие, тем большее число линз и зеркал, имеющих сложную форму, входит в конструкцию объектива.

Объективы различаются по назначению на любительские и профессиональные.

Профессиональные объективы бывают кинопроекционные, киносъемочные, телевизионные, аэрофотосъемочные, астрографические, инфракрасные, ультрафиолетовые.

По устройству объективы бывают универсальные, широкоугольные, светосильные, длиннофокусные.

Самое широкое распространение имеют универсальные объективы, дающие резкое изображение, их угол поля зрения – 50°; относительное отверстие 1 : 1,8 – 1 : 4, фокусное расстояние 40—150 мм.

Светосильные объективы применяются при фотосъемке при пониженной освещенности. Их угол поля зрения значительно ниже, чем у универсальных, и относительное отверстие 1 : 1,8—1 : 0,9.

Широкоугольные объективы используются в аэрофотосъемке, в фотосъемке объектов архитектуры или ландшафтов. Они имеют большой угол поля зрения 60—180°, фокусное расстояние 100—500 мм, относительное отверстие 1 : 22; 1 : 5,6.

Длиннофокусные объективы используются для фотосъемки в больших масштабах дальних объектов. Их фокусное расстояние 100—2000 мм, угол поля зрения ниже 30°; относительное отверстие 1 : 4,5—1 : 5,6.

Неравномерность освещенности выравнивается в объективах с помощью специальных фильтров. Освещенность изменяется путем изменения относительного отверстия диафрагмой переменного диаметра. На выбор освещенности влияет яркость объекта, чувствительность фотоматериала, заданная глубина резкости. Необходимое относительное отверстие устанавливается по шкале, расположенной на оправе объектива. Освещенность пропорциональна квадрату отношения диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию. Фокусное расстояние – это геометрическая светосила объектива.

Физическая светосила объектива – это умножение геометрической светосилы на коэффициент потери световой энергии, проходящей через объектив. Чтобы уменьшить потерю света и повысить физическую силу света, используют специальные однослойные и многослойные просветляющие покрытия, что дает точное воспроизведение цветов объекта съемки.

Панкратические объективы имеют переменное фокусное расстояние, которое меняется при перемещении некоторых частей объектива при неизменном относительном отверстии. Это дает возможность изменять масштаб изображения, не меняя положения объекта. Киносъемочные объективы, как правило, панкратические. Они различаются по своим коррекционным свойствам.

Вариообъективы коррегируют оптическую схему целиком. Трансфокаторы коррегируют отдельно объектив и насадку.

Панкратические объективы – сложные системы, имеющие по 10—20 линз для повышения качества изображения.

Проекционные объективы с обратным направлением световых лучей имеют однотипную с фотографическими объективами конструкцию. Они различаются по типу проекции: диапроекция в проходящем свете и эпипроекция в отраженном свете.

Репродукционные объективы используются для изображения карт, чертежей при небольшом удалении от объекта.

Объемный резонатор

Объемный резонатор – это колебательная сверхвысокочастотная система. Объемный резонатор аналогичен колебательному контуру. Объемный резонатор имеет вид объема, который заполнен воздухом или любым другим диэлектриком. Подобный объем ограничен или пространством с определенными электромагнитными свойствами, или проводящей поверхностью. Полые объемные резонаторы считаются самыми распространенными. Они представляют собой полости, которые ограничены металлическими стенками. Поверхность, ограничивающая объемный резонатор, как правило, произвольной формы. За счет простоты конфигурации электрического и магнитного полей, несложности расчета и изготовления формы поверхности, т. е. по своему практическому распространению ограничивающая поверхность резонатора может быть цилиндрической, прямоугольной, параллелепипедной, сферической и др. форм. Многие объемные резонаторы выступают отрезками диэлектрических или полых волноводов, которые ограничены параллельными плоскостями.

Задача колебаний электромагнитного поля объемного резонатора решается выводом уравнений Максвелла. Для решения уравнений должны быть граничные условия, соответствующие вычислению.

Две параллельные отражающие плоскости возбуждают плоскую волну, перпендикулярную им. Волна, достигая одной из параллельных плоскостей, отражается от нее на другую плоскость. При подобном многократном отражении образуются волны, которые интерферируют, т. е. усиливаются или ослабляются, и распространяются в противоположных друг другу направлениях. При определенном расстоянии между параллельными плоскостями интерференция волн заканчивается формированием стоячей волны. Амплитуда стоячей волны возрастает при многократном отражении от плоскостей. Подобно тому, как в колебательном контуре при резонансе накапливается электромагнитная энергия, в объемном резонаторе электромагнитная энергия накапливается в пространстве между параллельными отражающими плоскостями. Теоретически, если в объемном резонаторе энергия не теряется, свободные колебания могут существовать еще долгое время. Но на практике существование колебаний неограниченное время невозможно, так как потери энергии в объемном резонаторе неизбежны. Потери энергии возникают за счет нагрева электрическими токами, которые индуцирует переменное магнитное поле, внутренних стенок резонатора. При наличии в стенках объемного резонатора отверстий, пересекающих линию тока, вне резонатора возбуждается новое электромагнитное поле. Это новое поле вызывает потерю энергии в резонаторе. Кроме этого, потери энергии возникают из-за связи с внешними цепями, или осуществляются в диэлектриках. В объемном резонаторе существует добротность, представляющая собой отношение энергии всего резонатора к тем потерям, которые происходят в течение периода колебаний. Качество объемного резонатора заметно улучшается, если добротность его находится на высоком уровне.

Объемные резонаторы используются в технике как колебательные системы магнетронов, генераторов, клистронов и т. д., как эталоны частоты, фильтры, измерительные контуры, исследующие устройства жидких, твердых и газообразных веществ.

Колебания объемного резонатора имеют свою классификацию. Группы формируются по следующим признакам: по тем компонентам, которые входят в состав пространственного распределения электромагнитного поля. Компоненты могут быть поперечными (радиальными) и осевыми. В колебаниях резонатора типа ТЕ, а также Н, магнитное поле обладает осевой компонентой. В колебаниях типа ТМ, а также Е, уже электрическое поле имеет осевую компоненту. В колебаниях типа ТЕМ ни магнитное, ни электрическое поля не имеют осевых компонентов. Такие колебания возбуждаются в полости между коаксиальными цилиндрами, ограниченной плоскими проводящими стенками, которые перпендикулярны оси цилиндра.

Одним из самых распространенных объемных резонаторов является цилиндрический резонатор. Колебания в таком резонаторе характеризуются тремя индексами, которые соответствуют числу полуволн магнитного или электрического полей.

Индексы укладываются соответственно диаметру, длине и окружности резонатора. Некоторые типы колебания в объемном цилиндрическом резонаторе не воспринимают контакт торцовых и цилиндрических стенок. Это происходит за счет того, что магнитные линии колебаний движутся в определенном направлении, при котором возбуждаются только токи окружности цилиндра. Щели в торцовых и боковых стенках, благодаря направленности магнитных силовых линий, становятся неизлучающими.

Прямоугольные объемные резонаторы часто используются в лабораторных условиях. В колебательной системе клистрона применяются резонаторы тороидальной формы.

Колебания в подобном резонаторе происходят при разделении в пространстве магнитного и электрического полей. Магнитное поле локализуется в тороидальной полости, а электрическое концентрируется в емкостном зазоре.

Необходимой частотой, при которой может работать объемный генератор, считается частота от 109 до 1011 Гц. Высокочастотные волны приводят к рассеиванию электромагнитной энергии, что можно устранить только с помощью системы зеркал открытых резонаторов.

В начале XX в. ученый О. Хевисайд назвал ионосферу Земли объемным резонатором. Полость резонатора заключает в себе человека, оказывает влияние на функционирование его организма. Электромагнитный объемный резонатор, по его утверждению, сформировался благодаря электрической проводимости поверхности Земли и так называемого низкого слоя Хевисайда. В объемном резонаторе существуют волны, которые возбуждаются магнитными процессами на Солнце и молниями.

Очки поляроидные

Очки поляроидные – очки с поляризационными светофильтрами (поляроидами), имеющими взаимно перпендикулярные плоскости поляризации света.

Поляроидные очки используются в стереоскопическом кино при поляризационном способе проекции изображения на экран. Они позволяют наблюдать раздельно изображения стереопары, которые проецируются на экран через поляроиды со взаимно перпендикулярными плоскостями, и при этом каждый глаз зрителя наблюдает предназначенное только для него изображение.

Подводное телевидение

Подводное телевидение – это телевидение, благодаря которому под водой наблюдаются объекты и обстановка.

Подводное телевидение незаменимо при проведении поисковых работ и обследовании затонувших судов. С подводной аппаратурой осматриваются подводная часть судна, гидротехнические сооружения, подводная коммуникация, наблюдаются работа водолазов, состояние ледового покрова. Кроме того, с подводным телевидением началась эра активного изучения растительного и животного мира океанов и морей, разведки косяков рыб, обнаружения месторождения нефти, нахождения донных мин и др.

Биологи по полученным подводным телевидением данным исследуют численность и распределение бентосных животных, которые живут на донной поверхности. Геологи и геоморфологи изучают структуру обнаженных горных пород, движения наносов дна, донные отложения и т. д.

Подводное телевидение в настоящее время очень усовершенствовано, может использоваться на глубине до нескольких сотен метров. Подводная съемка может проводиться при любых условиях, даже в воде, зараженной радиоактивными веществами. Время подводной съемки неограниченно, что является большим достоинством этого вида телевидения.

Дальность видения в воде составляет всего несколько метров, на глубинах свет, как правило, поглощается или рассеивается, объекты не контрастируют, а сливаются с фоном. Ряд подобных причин является ограничивающим применение подводного телевидения. Благодаря импульсным и лазерным источникам света дальность видения под водой увеличивается до 200 м.

Отцом подводного телевидения можно назвать знаменитого Ж.-И. Кусто, воплотившего в жизнь свою давнюю мечту. Он не только активно занимался подводным плаванием и его описанием, но организовал группу сподвижников, поддерживающих его в подводных исследованиях. Еще до того момента, как они изобрели акваланг и вся команда Кусто стала опускаться под воду, членам группы было ясно, что даже под водой человек может производить киносъемку. Первый 18-минутный фильм «Восемь метров под водой», в который входили любительские кадры Кусто, был снят сконструированной специально для подводной съемки камерой. С 1943 г. возможности съемок под водой заметно возросли, так как в оснащение команды Кусто добавились акваланги. Исследуя затонувшие французские корабли, акванавты не забывали все снимать на кинокамеру. Фильм, получившийся благодаря этим съемкам, получил название «Затонувшие корабли». Он был сделан уже более профессионально и стал первым подводным кинодокументальным фильмом. Фильм произвел эффект разорвавшейся бомбы не только в научном мире, но и в общественных кругах. Так подробно подводную жизнь не снимал еще никто. В 1956 г. Ив Кусто получил своего первого «Оскара», Пальмовую ветвь Каннского кинофестиваля и приз Американской академии киноискусства за фильм «В мире безмолвия». Этот фильм стал венцом подводного телевидения. В 1965 г. на съемках фильма «Мир без солнца» командой Кусто впервые использовались практически все известные на сегодняшний день установки подводного телевидения: кинокамеры для съемок под водой, фотоаппаратура и т. д.

Система подводного телевидения представляет собой замкнутую систему. В ее состав входят подводная и наводная части. Подводная часть – это телевизионная передающая камера, источник подсветки, блок фотографирования и многожильный кабель. Наводная часть состоит из видеоконтрольного устройства, источников электрического питания и пульта управления. Телевизионные передающие камеры бывают разных видов – это мелководные камеры, работающие на небольшой глубине. Глубоководные, соответственно, погружающиеся глубже мелководных. Стационарные камеры закрепляются в определенном месте и не подвергаются перебазированию. Передвижные камеры, которые можно переносить, буксировать, или они могут передвигаться самостоятельно.

В качестве телевизионных передающих трубок в подводной камере применяются передающие трубки, которые способны работать даже при очень низком уровне освещенности. Это такие телевизионные трубки, как видикон, суперортикон и т. д. С помощью гидроакустического канала осуществляется управление камерой, которая находится на глубине.

Гидроакустический канал также управляет передачей телевизионных сигналов с подводной камеры на наводное судно. Подводные камеры специально оснащаются автономными источниками электрического питания.

Сигналы, управляющие мелководной камерой, вместе с ее электропитанием подаются по гидроакустическому кабелю с борта наводного судна. Кабель одновременно передает телевизионные сигналы и выступает в роли буксирующего троса.

В системе подводного телевидения кроме основных устройств используются вспомогательные устройства, которые определяют параметры камеры. С помощью вспомогательного оборудования можно установить глубину погружения подводной камеры, углы наклона и поворота оптической оси камеры.

Подводное телевидение сыграло огромную роль в подводных спасательных работах. Оно помогло при розыске подводной лодки «Аффрей», упавшего в море самолета «Комета» и во многих других подобных случаях.

Полевой транзистор

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором входной сигнал создает электрическое поле, перпендикулярное току. В результате действия электрического поля ток изменяется. Полевой транзистор носит еще название униполярного. Его отличием от биполярного транзистора является то, что ток в полевом транзисторе возникает за счет зарядов одного знака. Полевой транзистор представляет собой твердотельную электронную лампу, характеристика параметров транзистора и лампы аналогична.

Полевой транзистор состоит из затвора, области пространственного заряда, области канала, стока, истока, диэлектрика, проводников с n- и р-проводимостью, тока стока. Кроме этого, в состав транзистора входят напряжения: источника тока в цепи стока, затвора, смещения рабочей точки, отсечки, усиливаемого сигнала.

Полевой транзистор был изобретен в 1930 г. ученым Ю. Лилиенфельдом. В отличие от биполярного транзистора, который появился на свет на 17 лет позже своего собрата, для создания которого понадобились лабораторные опыт и изучение теорий механики, полевой транзистор было достаточно легко сконструировать. Чтобы его изобрести, Лилиенфельду понадобилось лишь знание того, что в природе все состоит из отрицательно и положительно заряженных частиц, а самая важная частица – электрон – способна двигаться.

В 1960-е гг. стала развиваться технология полупроводников и активно начал применяться кремний, главный полупроводник полевого транзистора. В эти же годы американцы М. Аталла и Д. Кант поставили на поток серийное изготовление полевых транзисторов на основе кремния и двуокиси кремния. Интересен курьезный случай, связанный с изготовлением транзисторов. В Советском Союзе примерно в это же время физик Р. С. Нахмансон подал патент на полевой транзистор, основанный на кремнии. Но Государственный комитет по изобретениям и открытиям отверг этот проект из-за того, что чиновники просто-напросто перепутали магнитное поле с электрическим.

Полевые транзисторы различаются по механизму действия и физической структуре.

Одна группа транзисторов представляет собой транзисторы с переходом металл-полупроводник или с управляющим переходом. Во второй группе транзисторы управляются изолированным затвором, с переходом металл-диэлектрик-полупроводник.

В полевом транзисторе первой группы с управляющим р-n-переходом затвор отделен от канала в электрическом отношении переходом, который смещается в обратном направлении. У подобного транзистора имеются два контакта к области с током носителей заряда, а также управляющие электронно-дырочные переходы, которые смещены в обратном направлении. По своему механизму работы полевой транзистор во многом схож с вакуумным триодом. Катод вакуумного триода аналогичен истоку полевого транзистора, сетка подобна затвору, а анод – току. Но при работе транзистора в отличие от триода подогрев катода не требуется.

В транзисторе с изолированным затвором затвор в электрическом отношении отделяется от канала диэлектриком. Подобный прибор относится ко второй группе транзисторов, у которых структура состоит из диэлектрика, металла и полупроводника, и часто называется МДП-транзистором. Транзистор с изолированным затвором различается по двум типам – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В транзисторах со встроенным каналом имеется инверсный слой. Он представляет собой канал, соединяющий сток с истоком. Инверсный слой находится у поверхности полупроводника. В транзисторах с индуцированным каналом отсутствует канал, который соединяет исток и сток. И только при пороговом напряжении, т. е. при определенном значении напряжения на затворе относительно тока и при определенной полярности появляется ток стока.

Полевые транзисторы используются как усилители электрических сигналов в электронной аппаратуре.

Приемная телевизионная трубка

Приемная телевизионная трубка – это электронно-лучевой прибор, воспроизводящий изображения на экран телевизора. Приемная телевизионная трубка представляет собой колбу из стекла с цилиндрической горловиной и конической частью с широким дном. На дно колбы, которое располагается в конической части, нанесен состав люминофора, светящийся при столкновении с электронами. Другое название приемной телевизионной трубки – кинескоп.

В 1897 г. немец К. Браун создал электронно-лучевую трубку, которая впоследствии стала важнейшим элементом электронной системы телевидения. Через 10 лет петербургский физик Б. Л. Розинг предложил применять трубку Брауна при приеме телевизионного изображения.

В 1911 г. он продемонстрировал потрясающий для той поры эксперимент. На маленьком экране электронно-лучевой трубки появилось изображение четырехполосной решетки, которую поместили перед объективом передающего устройства. Приемная телевизионная трубка Розинга состояла из катода, анода, люминесцирующего экрана и диафрагмы, она практически полностью совпадала с конструкцией современной приемной трубки. В 1945 г. физик А. П. Константинов модернизировал электронно-лучевую трубку для передачи изображения, применив в ней принцип накопления зарядов. Но все же официальное авторство кинескопа принадлежит ученику Розинга В. К. Зворыкину, эмигрировавшему в Америку.

Экран приемной трубки образуется слоем люминофора на дне стеклянной колбы. В горловине трубки находится электронная пушка. Это устройство способно создавать узкий электронный луч. В электронной пушке располагаются анод, катод и электроды, фокусирующие управление лучом. Нить накала разогревает катод, и он начинает испускать электроны. Электроны проходят сквозь управляющий электрод телевизионной трубки, который представляет собой металлический цилиндр с отверстием посередине. За управляющим электродом находятся анод, фокусирующий и ускоряющий электроды. Ускоряющий электрод призван увеличивать скорость электронов, которые движутся мимо него. Для этого на ускоряющий электрод поступает положительное напряжение. Фокусирующий электрод поток электронов преобразует в узкий электронный луч. Покрытие, проводящее ток, нанесено на внутреннюю поверхность конуса приемной телевизионной трубки. С токопроводящим покрытием соединен анод, на который подается высокое напряжение. В результате действия этого положительного напряжения на электроны, последние ускоряются и продолжают двигаться к экрану кинескопа. Из электронной пушки электроны вылетают на большой скорости, которая в несколько раз превышает первоначальную скорость электронов. Яркость свечения экрана приемной трубки зависит от силы потока электронов – чем сильнее поток, тем ярче свет. Управляющий электрод может регулировать яркость изображения. Электронный луч перемещается по экрану телевизионной трубки за счет действия магнитного поля. Поле создается катушками строк и кадров, т. е. отклоняющими катушками. Эти катушки, которые являются электромагнитами, располагаются на горловине колбы. Благодаря строчным катушкам электронный луч передвигается горизонтально, а кадровым катушкам – вертикально.

В приемной трубке цветного телевизора находятся три электронные пушки. Экран кинескопа покрывают тысячи точек зеленого, синего и красного люминофоров, которые при попадании на них электронов начинают светиться. Цветные люминофоры очень малы, поэтому человеческий глаз воспринимает зерна люминофоров как цельное цветное изображение.

Приемно-усилительная лампа

Приемно-усилительная лампа – это сверхминиатюрный металлокерамический электроприбор. Приемно-усилительная лампа также носит название нувистор, которое происходит от итальянских слов nuovo, что означает «новый» и vista – «вид». Применяются подобные приемно-усилительные лампы в радиоэлектронной аппаратуре малых габаритов с повышенной надежностью.

Приемно-усилительную электронную лампу разработал М. Д. Бонч-Бруевич в 1918 г. А уже со следующего года наладился серийный выпуск нувисторов.

В 1950-х гг. повсеместно применялась стержневая сверхминиатюрная приемно-усилительная лампа с катодом подогрева. Электроды, управляющие в стержневой лампе электронным потоком, изготавливались в виде стержней.

В 1960—1970-х гг., с началом активного использования полупроводниковых приборов, приемно-усилительные лампы отошли на задний план. Но все же лампы обладают рядом достоинств, которых не имеют полупроводниковые приборы. Приемно-усилительные лампы способны работать в широком диапазоне температур, причем параметры практически не изменяются, а радиационная стойкость остается высокой. В последнее время электронные лампы начинают модернизироваться, в результате чего размеры их становятся меньше, многие параметры и характеристики улучшаются, повышается рабочая температура.

Приемно-усилительная лампа с высоким вакуумом представляет собой пустотное реле. Предназначается лампа для детектирования и усиления электрических сигналов, для преобразования частоты. В усилительных, измерительных и приемных радиотехнических устройствах приемно-усилительные лампы выпрямляют и генерируют электрические колебания малой мощности. Важнейшими характеристиками нувистора считаются: низкий уровень собственных шумов, малые междуэлектродные емкости, высокая крутизна характеристики, большое входное сопротивление. За счет перечисленных качеств приемно-усилительные лампы линейно усиливают и выполняют нелинейные преобразования слабых колебаний, это при том, что они практически не потребляют мощность в цепи управляющего электрода.

Приемно-усилительными лампами называются также механотроны, электронно-световые индикаторы и электрометрические лампы.

Приемно-усилительные лампы различаются по некоторым признакам на несколько групп. Это электровакуумные диоды, группы, которые отличаются числом электродов. К ним относятся демпферные диоды, триоды, гексоды, октоды, маломощные кенотроны и т. д. Следующая группа приемно-усилительных ламп – это лампы прямого и косвенного подогревов, отличающиеся способом подогрева катода. По конструкции и внешним размерам различаются серии, включающие лампы с одинаковыми размерами, формой и внешней конструкцией соединительных элементов. Кроме одинаковых параметров, приборы данной группы содержат набор ламп с различным количеством электродов. К этим приборам относятся стеклянные пальчиковые лампы, малогабаритные стеклянные лампы с цоколем, сверхминиатюрные стеклянные лампы с металлокерамическими баллонами и т. д.

Основными техническими параметрами приемно-усилительных ламп считаются ток подогрева, напряжение подогрева катода, анодный ток, напряжение на электродах, максимальная рассеиваемая мощность на аноде, коэффициент усиления, срок службы, допустимое ускорение при вибрационных нагрузках. Кроме этого, у высоковольтных кенотронов и демпферных диодов учитывается обратное напряжение, а в лампах с керамическими баллонами очень важен интервал рабочих температур. Все приемно-усилительные лампы должны обладать устойчивостью к различным внешним воздействиям.

Проекционное телевизионное устройство

Проекционное телевизионное устройство – это устройство, увеличивающее с помощью методов оптической проекции телевизионные изображения на большом экране. Экран может быть размером от 1 до 200 м2. Проекционное телевизионное устройство используется в телевизионном вещании, в системах отображения информации, а также в промышленном и учебном телевидении.

Телевизионное проекционное устройство, расположенное на электронно-лучевой трубке с полупроводниковой лазерной мишенью, состоит из электронной пушки, отклоняющей системы, электронного луча, светорассеивающего экрана, проекционного объектива, прозрачной сапфировой подложки, монокристаллической пленки полупроводника. Кроме этого, в проекционном устройстве находятся зеркала оптического резонатора лазера, одни, полностью отражающие свет, а другие – частично.

Телевизионные проекционные устройства различаются по принципу формирования картинки на тип устройства с рир-проекцией и фронтальной проекцией. Подобные телевизионные устройства используются в основном в залах площадью около 30 м2, в отличие от кинескопа, они проецируют более мягкое натуралистичное изображение. Рирпроекторы, т. е. проекторы с обратной проекцией, переносят изображение с жидкокристаллической матрицы на матовое стекло аппаратной панели. В простых моделях применяют одну матрицу, в более сложных – три. Все матрицы управляют каждая своим потоком, отчего изображение становится ярче и насыщеннее.

Оптическая система телевизионного проекционного устройства с модулятором света совмещает конденсатор, модулятор, источник света, светорассеивающий экран и проекционный объектив. Оптическая система с зеркально-линзовым объективом и кинескопом включает в себя сферическое зеркало, светорассеивающий экран, корректирующую линзу и проекционный кинескоп.

Источниками света в проекционных устройствах выступают ксеноновые лампы. Такие проекционные устройства используют в проекционных телевизорах, основой которых служит модуляция света. Подобные телевизоры передают как черно-белые, так и цветные изображения.

В последнее время разрабатываются проекционные устройства с применением лазеров. Одними исследователями применяются лазеры с непрерывным излучением, которые генерируют луч высокой яркости. Другие предпочитают работать с полупроводниковыми лазерами, в которых присутствует электронно-лучевое возбуждение. Для успешного хода работы создается лазерный кинескоп. Он представляет собой электронно-лучевую трубку, основным элементом которой выступает полупроводниковая монокристаллическая лазерная мишень. Полупроводниковыми лазерами, выполняющими функцию источников света, служат по очереди небольшие участки мишени. Эти участки обегает электронный луч, модулируя который, можно получить яркое телевизионное изображение.

Полное проекционное оборудование составляет аппаратура со встроенными кинескопами, проецирующими изображение на проекционный экран через оптическую систему. Проекционный экран может встраиваться в корпус телевизора, а может располагаться отдельно.

Проекционный аппарат

Проекционный аппарат – оптическое устройство, проецирующее на рассеивающую поверхность (экран) оптическое изображение объектов. Проекционные аппараты различаются по характеру освещения объектов и бывают диаскопические, эпископические и эпидиаскопические.

Диаскопические проекционные аппараты создают световыми лучами, идущими через прозрачный диапозитив или кинопленку, изображение объекта на экране.

Кинопроекционный аппарат – это разновидность диаскопического, в нем для получения на экране эффекта движения перемещается высвечиваемая кинопленка.

Диапроекторы имеют очень широкое применение. С их помощью демонстрируют диапозитивы, читают микрофильмы, обрабатывают аэрофотоснимки. Автоматическое устройство обеспечивает смену диапозитивов и фокусировку. Возможно и звуковое сопровождение демонстрации.

Эпископический проекционный аппарат создает на экране изображение непрозрачного объекта, отражающего лучи света, которые и проецируют его изображение на экран. С помощью этого прибора проецируют и копируют чертежи, топографические карты.

Эпидиаскопический проекционный аппарат – это устройство, включающее диаскопический и эпископический приборы, проецирующие на экран и прозрачные, и непрозрачные объекты. Конструкция эпидиаскопического проекционного аппарата включает оптическую и механическую части.

Оптическая часть – это источник света, конденсор и проекционный объектив, проецирует изображение объекта на экран.

Механическая часть перемещает и меняет объекты относительно оптических приборов, регулирует продолжительность проецирования.

Промышленное телевидение

Промышленное телевидение – это телевизионные средства приема и передачи визуальной информации. Используется промышленное телевидение с организационными, научными, производственными целями в различных областях деятельности людей.

Уже к 1970-м гг. выделились самостоятельные области применения промышленного телевидения. Промышленное телевидение применяется в космических исследованиях. В них разнообразные телевизионные устройства используются для наблюдения и контролирования поведения и самочувствия космонавтов в космическом корабле, для визуального изучения поверхности планет и т. д. В атомных исследованиях с помощью телевизионных устройств визуально контролируют использование радиоактивных веществ на безопасном для людей расстоянии.

Телевизионные устройства помогают контролировать производство промышленной продукции: бесконтактно проверять размеры и формы изготовляемого товара без задержания и остановки производственного процесса. При диспетчеризации производства телевизионные устройства осуществляют оперативный контроль работы сборочных конвейеров, сортировщиков вагонов и других производств. Учащимся демонстрируют иллюстративный материал, разнообразные опыты, хирургические операции и другие вспомогательные материалы для учебного процесса. В подводном телевидении телевизионные устройства облегчают исследования океанов и морей, проведение нефтяных разведок, аварийно-спасательных работ и т. д. Телевизионные устройства в сочетании с определенными компьютерными программами автоматизируют процесс обработки визуальной информации в системах управления.

По используемым физическим принципам промышленное телевидение аналогично вещательному телевидению. Из промышленных телевизионных установок образуются замкнутые телесистемы, такие как телевизионные установки для исследования космического пространства и т. д. Промышленное телевидение отличается от вещательного телевидения тем, что передающая аппаратура, состоящая из нескольких передающих телевизионных камер, проста по своей конструкции и предназначена для дистанционного управления. Оператор, располагаясь за пультом приемной аппаратуры с видеоконтрольным устройством, проводит все необходимые манипуляции со своего места. Видиконы и суперортиконы выполняют функции передающих телевизионных трубок в подобных промышленных телевизионных устройствах. При серийном производстве промышленных телевизионных устройств отдается предпочтение установкам универсального типа. Стандарты их параметров совпадают со стандартами параметров вещательного телевидения. Благодаря этому в промышленных телевизионных устройствах могут использоваться типовые приборы и схемы, массовое производство которых хорошо налажено и поэтому не представляет трудности заменить соответствующую деталь в устройствах промышленного телевидения. Параметры иногда расходятся только в числе строк разложения изображения, в изменении формата изображения и т. д.

Ярким примером организации, где применяются промышленные телевизионные системы, может служить метрополитен. С помощью телевизионных устройств в метрополитене осуществляется оперативное управление потоками пассажиров и обеспечение людей, находящихся в метро, необходимой информацией. Кроме этого, телевизионные устройства используются в осуществлении многоцелевых программ: они позволяют создать систему централизованного управления технологическим процессом станции, которая контролирует пассажиропотоки, перемещения пассажиров на эскалаторах и т. д.

Проявочная машина

Проявочная машина – машина, обрабатывающая фото-, киноматериалы химико-фотографическими способами, выполняющая процессы проявки изображения и сушки фотопленки и фотобумаги. Конструкция проявочной машины включает лентопротяжный механизм, привод, баки с растворами и водой, сушильный шкаф, вспомогательные системы перемешивания, терморегулировки, кондиционеры воздуха. Электрический двигатель приводит в движение лентопротяжный механизм, который транспортирует фотопленку или фотобумагу во время всей их обработки в проявочной машине, регулирует время пребывания их в растворе, частично или полностью погружаясь в бак с раствором. Через теплообменник, который омывает вода, прокачивается раствор для поддержания его температуры постоянной. Вода, омывающая теплообменник, имеет постоянную температуру, при помощи приборов она подогревается или охлаждается.

Специальные дозаторы добавляют в растворы компенсирующие состав добавки, так как в процессе работы уменьшается объем растворов и меняется их состав – количество необходимых компонентов сокращается и увеличивается число продуктов химических реакций.

Растворы в баках имеют вихревое движение или направляются из форсунок сильной струей на фотопленки и фотобумагу, что способствует равномерному действию растворов на светочувствительный слой и устраняет возможные дефекты изображения.

При противоточном способе обработки раствор в баках движется противоположно движению фотопленки или фотобумаги, когда нет необходимости в точном температурном или временном режиме.

Проявочные машины различаются по типам, имеющим разную производительность.

Переносные малогабаритные проявочные машины имеют производительность 25 м/ч. Промышленные проявочные машины, делающие фильмокопии, имеют производительность 5000 м/ч.

Радар

Радар – это система обнаружения наземных, воздушных и морских объектов, определяющая дальность и геометрические характеристики объектов.

В 1905 г. немецкий изобретатель А. Хюльдсмайер запатентовал устройство, которое обнаруживало корабли за счет эффекта отражения радиоволн. Устройство было далеко от совершенства, но все же именно оно легло в основу современных локаторов. Изобретение Хюльдсмайера не получило широкого распространения, лишь через 30 лет радиоволны начали применяться для нахождения местоположения кораблей и самолетов.

В 1922 г. исследователи А. Тейлор и И. Юнг обнаружили явление радиолокации при работе в диапазоне ультракоротких волн. Они пришли к выводу, что благодаря такому эффекту корабли и самолеты смогут знать о нахождении в нескольких милях другого корабля или самолета, даже несмотря на туман, дымовую завесу или темноту. Обратившись к властям, поддержки Тейлор и Юнг не получили. Через 8 лет инженер К. Хайланд, сотрудник Тейлора, заметил, что коротковолновые радиопередатчик и приемник могут сообщить местоположение самолета или корабля. И 1933 г. стал датой рождения радара. США, неохотно применяющие идеи исследователей на практике, только к 1938 г. выпустили сигнальный радиолокатор XAF. Дальность его равнялась 8 км. Англия активнее спонсировала производство радаров. В 1935 г. Р. Уотсон-Уатт сконструировал первую импульсную радиолокационную станцию дальнего обнаружения СН. Дальность действий станции была равна 140 км, при условии, что самолет летел на высоте 4,5 км.

Радар используется для обнаружения объектов, при этом он освещает их электромагнитными волнами и отражает от объекта. Электромагнитные волны движутся со скоростью света, поэтому, установив время распространения сигнала, можно определить расстояние до объекта. В состав радара входят три обязательных компонента, такие как антенна, приемник и передатчик. Функцию передатчика часто выполняет импульсный генератор, который является источником мощного электромагнитного сигнала. Антенна преобразует электромагнитные волны в луч и фокусирует его на определенном направлении. Луч, двигаясь в заданном направлении, упирается в объект, отражается от него и возвращается к излучающей антенне. Полученный отраженный сигнал обрабатывается, усиливается и подается на экран. Лучевая трубка экрана показывает изображение, которое синхронизировано с движениями антенны.

Радары сопровождения сконструированы как импульсные радары. Подобные радары передают электромагнитные сигналы в течение короткого периода времени, а затем, при распространении импульса, улавливают эхо. Расстояние до исследуемого объекта измеряется разностью времени посыла импульса и временем получения эха. Следующий импульс радар посылает только после поступления предыдущего обратно. Это происходит для того, чтобы два эха, от первого посланного сигнала и второго, не перепутались вблизи своей цели. Отрезок времени, который лежит между посылами двух импульсов, называется интервалом повторения импульса. Основным параметром интервала является частота повторения импульса, она выдает операционный способ радара и его идентичность любому запрашивающему приемнику. Подобный импульсный радар работает в воздушном пространстве и не применим на земном фоне. Если целью наблюдения радара является самолет, летящий между холмами, то сигналы, отраженные от холмов, будут затенять сигналы самолета, вызывая помехи. В настоящее время существует множество различных способов избавления от помех подобного рода.

Радиоволновод

Радиоволновод – это направленный диэлектрический канал, с помощью которого передаются и распространяются радиоволны. Боковая поверхность канала одновременно выступает в роли границы раздела двух сред. Магнитная и диэлектрическая проницаемость и электропроводность, переходя через границу радиоволновода, резко изменяются. Боковая поверхность канала изготавливается в форме цилиндра с прямоугольными, круглыми и другими сечениями. Главная особенность радиоволновода заключается в том, что в нем распространяются волны, длина которых равна поперечным размерам волновода. Благодаря этому радиоволноводы используются в области сверхвысоких частот.

Металлические радиоволноводы отличаются малыми потерями на СВЧ, это происходит потому, что в радиоволноводах отсутствуют потери на излучение энергии в окружающую среду. Еще одной причиной малых потерь является разница между поверхностью, по которой текут электрические токи при распространении волны, и поверхностью проводников линии с двумя проводами.

Радиоволноводы используются при передаче энергии в СВЧ-трактах, таких как передача энергии от передатчика к антенне. СВЧ-тракт составляют разнообразные по своим размерам и формам радиоволноводы.

Вдоль оси радиоволновода распределяется волновое поле, образующееся в результате интерференции отраженных волн и отражения волн от внутренних стенок волновода.

В радиолокационных станциях радиоволноводы выполняют функцию направляющих систем. Они передают энергию от приемной антенны к радиоприемнику и от передатчика в передающую антенну. Отрезки радиоволноводов составляют волновой тракт, т. е. направляющую систему СВЧ. В отрезках могут находиться разнообразные по формам и размерам поперечные сечения, угловые изгибы, вращающиеся соединения и другие волноводные узлы.

Недостатком радиоволновода является то, что в нем имеется нижний предел пропускаемых частот, на дециметровых волнах конструкция волновода весьма громоздка, возникают сложности при проведении монтажа. Кроме того, при изготовлении радиоволновода требуется высокая точность и четкость в процессе необходимой обработки внутренних поверхностей стенок канала.

В диэлектрических радиоволноводах поверхность раздела направляет волну. В качестве поверхности раздела выступает поверхность диэлектрического стержня. Из-за того, что диэлектрические радиоволноводы чувствительны к внешним воздействиям и в них возникают дополнительные потери, практическое применение их затрудняется. Потери возникают при просачивании энергии за пределы радиоволновода. Подобные диэлектрические радиоволноводы служат для передачи сантиметровых и миллиметровых волн.

Радиоволноводы с поверхностной волной представляются как металлическая лента или как проводник в форме цилиндра. На радиоволноводе находятся покрытие с диэлектриком или ребристая структура. В отличие от металлических радиоволноводов радиоволновод с поверхностной волной прост по своей конструкции, с его помощью передаются большие мощности в диапазоне разных частот. Поле поверхностной волны радиоволновода окружает его снаружи, при этом деформации крепления, соединения и другие неоднородности приводят к потере энергии.

Возбудителями поля в радиоволноводах являются линейный проводник со штырем, виток, ток также возбуждается еще с помощью отверстия в торце радиоволновода. Электрические силовые линии и штырь располагаются параллельно друг другу. Плоскость витка находится перпендикулярно магнитным силовым линиям. Отверстие делается в металлической поверхности по направлению магнитных силовых линий.

Радиовысотомер

Радиовысотомер – это прибор, определяющий высоту полетов летательных аппаратов, таких как самолет, спутник и т. д. Радиовысотомер входит в состав радиоэлектронных устройств в летательных аппаратах. В художественной литературе часто встречается название радиовысотомера как радиоальтиметр. Радиоволны в приборе отражаются подстилающей поверхностью. От начала этой поверхности отсчитывается высота полета, если известна скорость распространения радиоволн. Радиовысотомер измеряет время прохождения радиоволн между их приемом специальным прибором и моментами излучения.

9 октября 1938 г. лаборатория А. Белла разработала первый в мире радиовысотомер и продемонстрировала его действие в Нью-Йорке. В 1947—1954 гг. радиовысотомеры моделей РВ-2, РВ-10, РВ-17 и других стали выпускаться в Советском Союзе серийно.

В 1962—1965 гг. по решению Наркомата авиационной промышленности учеными начал разрабатываться радиовысотомер больших высот, специально для космического аппарата «Луна-9». Благодаря радиовысотомеру больших высот космический аппарат совершил мягкую посадку на поверхность Луны 3 февраля 1966 г.

Радиовысотомер бывает с импульсной и частотной модуляцией излучаемых радиоволн. Это зависит от типа излучения, который используется в радиовысотомере, а также от метода его обработки. Радиовысотомер с частотной модуляцией применяется при небольших высотах полета в авиации, при посадке самолета и т. д. При этом радиовысотомер излучает непрерывающиеся радиосигналы, у которых частота в разные периоды изменяется, следуя заданному закону. Высота летательного аппарата определяется индикатором высотомера, который показывает разность между частотами отраженных и излучаемых радиосигналов. Диапазон измерений такого радиовысотомера иногда доходит до 1500 м.

Радиовысотомер с импульсной модуляцией также используется в авиации, в случае аэрофотосъемки с достаточно больших высот, а также в космических полетах. Радиовысотомер, используемый в космонавтике, при подаче команды на запуск тормозного двигателя летательного аппарата на определенной высоте от поверхности земли, и в других подобных случаях излучает короткие импульсы радиосигналов. Для того чтобы определить высоту летательного аппарата, измеряется время запаздывания отраженных радиоимпульсов относительно поступающих в приемник из передатчика радиоимпульсов.

Радиодальномер

Радиодальномер – это устройство, измеряющее расстояние по скорости и времени движения радиоволн. Радиоволны проходят измеряемую линию до ее конечной точки, после этого отражаются и двигаются по тому же пути обратно. Радиодальномеры бывают с активным и пассивным отражением. По виду радиосигналов, излучаемых радиодальномером, различаются по импульсному и непрерывному излучению.

В радиодальномерах с пассивным отражением прямой сигнал, идущий от радиопередатчика, и запаздывающий попадают на вход приемника. Запаздывающий сигнал образуется в результате его отражения от предмета. В импульсных радиовысотомерах сигнал излучается в виде короткого радиоимпульса. Индикатор изменяет этот запаздывающий сигнал относительно прямого импульса.

В радиодальномерах с непрерывным излучением используют радиосигналы с частотой, изменяющейся периодически. Индикатор тогда измеряет частотную разность прямых и отраженных колебаний. Подобное пассивное отражение в радиодальномерах применяется в радиолокации и радиовысотомерах.

В радиодальномерах с активным отражением используются ведущая и ведомая станции. Эти станции находятся на концах линии, подвергающейся измерению. Радиосигналы в станциях могут быть самыми разнообразными: непрерывными, импульсными, на единой несущей частоте, с модулированной несущей частотой и др. Ведомая станция использует радиосигналы преобразованные и ретранслируемые. Измерение расстояний с применением непрерывных колебаний происходит фазовым методом. Ведомая станция с одинаковой частотой колебаний, чтобы определить расстояние волны, выбирает сигнал с определенной несущей частотой. Чтобы добиться положительного результата, волны трансформируются в волны с другой частотой колебаний и излучаются. Частота колебаний связана с частотой исходных колебаний. Индикатор ведущей станции определяет расстояние волны путем измерения разности фаз принимаемых и измеряемых волн. Радиодальномер с активным отражением используется в геодезии, навигации и военном деле.

В фазовых радиодальномерах, в которых используются модулированные сигналы в УКВ-диапазоне, достигается оптимальная точность измерения расстояния. Фазовые радиодальномеры также именуются интерференционными. Ведущая и ведомая станции излучают волны, которые модулируются колебаниями с несущей частотой по амплитуде и частоте. При преобразовании несущей частоты в промежуточную, что происходит в смесителе, применяются колебания, которые наводятся со своего радиопередатчика. Колебания промежуточной частоты модулируются колебаниями низкой частоты по амплитуде и поступают на выход усилителя приемника. После того как колебания прошли детектирование, на ведомой станции они преобразуются в импульсы, модулирующие радиопередатчик. В результате на ведущей станции, на выходе приемника, образуются сигналы низкой частоты. Индикатор измеряет разность фаз между получившимися сигналами.

Принцип действия импульсных радиодальномеров базируется на измерении времени движения коротких радиосигналов от радиодальномера до объекта и наоборот. Такие приборы используются в геодезических, радиолокационных и радионавигационных устройствах.

Радиокомпас

Радиокомпас – это самолетный радиопеленгатор, предназначенный для того, чтобы автоматически определять направления на передающие широковещательные радиостанции и радиомаяки, располагающиеся на земле.

Впервые в авиационной навигации радиокомпас был применен 27 июля 1920 г. Отечественный радиокомпас появился спустя 15 лет, его разрабатывали ученые из НИИ ВВС под руководством Н. А. Карбанского. Серийно радиокомпасы стали выпускаться на базе американской разработки во время Второй мировой войны.

По своему назначению радиокомпасы делятся на навигационные средневолновые и поисковые УКВ-диапазона.

Средневолновой радиокомпас используется при самолетовождении по широковещательным и приводным радиомаякам, радиостанциям. За счет радиокомпаса решаются многие навигационные задачи в маршрутных полетах и при совершении посадки. Средневолновой радиокомпас, как правило, работает в диапазоне 150 Гц.

Поисковый радиокомпас используется при определении направления к аварийной УКВ-радиостанции или аварийному радиомаяку при организации и проведении поисково-спасательных работ. Диапазон поискового радиокомпаса варьируется от 100 до 150 МГц.

Радиокомпас в большинстве случаев носит сокращенное название – АРК, откуда пошла аббревиатура моделей: АРК-5, АРК-11, АРК-УД и т. д.

Радиокомпас на самолетах и вертолетах выполняет функцию угломерного радионавигационного устройства. Он устанавливается в качестве автономного устройства либо входит в состав цифровых навигационных комплексов.

Простейшим радиокомпасом в походе может выступать транзисторный приемник. Ориентируя его в плоскости приема местной радиостанции, включив максимальную громкость, можно судить по транзистору о направлении на станцию.

Радиола

(см. «Радиоприемник»)

Радиола – это устройство, состоящее из радиоприемника и электропроигрывателя. Имеет громкоговоритель, выпрямитель переменного тока, усилитель колебаний звуковых частот. Радиола различается по конструкции и бывает напольной и настольной. Звуковоспроизведение может быть монофоническим или стереофоническим.

Радиолокатор

Радиолокатор – это прибор для нахождения, сопровождения и наблюдения за определенными объектами и целями.

Радиолокатор составляют антенная башня высотой 6—12 м, антенный домик с набором необходимой электронной аппаратуры и технический зал.

В техническом зале находится электронная аппаратура, дистанционное управление и цветные мониторы.

Антенна радиолокатора предназначена для излучения радиоимпульсов передатчика, приема отражающихся сигналов. Кроме этого, антенна выбирает направление приема и излучения антенн, синхронизирует направление излучения с направлением радиальной развертки индикатора. Высокочастотную антенну составляют параболический отражатель, веерный отражатель специального профиля, диэлектрический излучатель, вращатель плоскости поляризации волны и контротражатель. Антенной управляют двигатель азимута, вращающийся трансформатор схемы канала развертки и схемы стабилизации, двигатель наклона и кулачковый механизм коммутации диаграмм направленности.

Радиолокатор контролирует и управляет посадками на аэродроме всех типов воздушных судов, выполняет свою работу с высокой точностью. С помощью радиолокатора обеспечивается автоматическое сопровождение цели с определенного момента до точки приземления. Запоминающее устройство радиолокатора регистрирует информацию о заходе воздушного судна на посадку, которую впоследствии можно будет просмотреть на экране монитора и запротоколировать через печатающее устройство. Диспетчерские посты отображают радиолокационную информацию на 21-цветном мониторе. С помощью мониторов можно также просмотреть сводки о метеорологических условиях и другую дополнительную информацию.

Некоторые радиолокаторы применяются при обследовании элементов интерьера помещений и строительных конструкций.

Подобные приборы обнаруживают скрытые электронные устройства, работая в разнообразных режимах. Режимами работы радиолокаторов могут быть режим передачи, выключенный и сторожевой режимы.

Пассивный радиолокатор является системой обнаружения, которая предназначена для применения на военных и гражданских аэродромах. Аэродромы должны быть оборудованы взлетно-посадочными полосами, стоянками, перронами с искусственным покрытием и рулежными дорожками. Авиадиспетчеры с помощью пассивных радиолокаторов на рабочих дисплеях могут наблюдать за воздушными судами, транспортными средствами, людьми и другими объектами, которые находятся на взлетно-посадочных полосах, стоянках и рулежных дорожках.

Обзорный радиолокатор, установленный на аэродроме, предназначается для управления движением и мониторинга воздушных судов. Аэродромный радиолокатор осуществляет свои функции не только в отношении летательных аппаратов, которые находятся в непосредственной близости от посадочного аэродрома, но и на расстоянии до 120 км от него. В модернизированном радиолокаторе используются новинки микропроцессорной и микроволновой техники.

Метеорологический радиолокатор предназначается для обнаружения опасных для самолета гидрометеообразований, а также используется при наблюдении радиолокационного изображения местности, которая расстилается перед самолетом, на экране электронно-лучевого индикатора.

Кроме этого, с помощью радиолокатора определяются координаты курсового угла, дальности и других радиолокационных ориентиров. По полученным координатам вычисляется местонахождение самолета, определяются грозовые, опасные для полетов зоны, предупреждают столкновения самолетов и самолета с горной вершиной. Радиолокатор обнаруживает посадочные аэродромы, определяет направление взлетных и посадочных полос, вычисляет угол сноса и скорость пути самолета. Подобные устройства являются импульсными радиолокаторами, которые работают в сантиметровом диапазоне. Механизм действия состоит в излучении радиоимпульсов в определенном направлении, приеме их и усилении. Угол сноса измеряется с использованием эффекта доплеровских вторичных частот.

Навигационный радиолокатор часто работает вместе с бортовым навигационным вычислителем. При введении в вычислитель определенных координат радиолокационного ориентира на экране возникает соответствующее ему электронное перекрестие. Если электронное перекрестие совпадает с отметкой ориентира, то показания навигационного вычислителя корректируются.

У подобных радиолокаторов имеется несколько режимов работы. В режиме «готовность» включается сам радиолокатор, но антенна, приемник и передатчик находятся в нерабочем состоянии.

В режиме «земля» радиолокатор производит обзор земной поверхности при разных дальностях видения. В зависимости от дальности объекта применяются веерная и узкая диаграммы. Чтобы повысить контрастность изображаемого объекта, изменяется схема видеоусилителя, при котором изображение получается трехтоновым. Если экран практически не светится, выходной сигнал отсутствует, то возникает темный тон. Если слабые сигналы отражаются от незастроенной местности, экран освещается слегка и получается светлый тон. Если сигналы отражаются от радиолокационных ориентиров, на фоне местности возникают яркие отметки, тон становится ярким.

В метеорежиме радиолокатор обнаруживает гидрообразования в грозовых фронтах, атмосфере и т. д. В этом режиме радиолокатор также определяет высоту превышения самолета над горными вершинами.

В режиме «контур» радиолокатор выделяет зоны облачности, которые являются опасными для прохождения самолетов. Интенсивность сигнала возрастает при отражении более опасных объектов и зон. Опасные зоны выявляются методом контурной индикации, называемой методом «изо-эхо». Сильные сигналы, полученные видеоусилителем от опасных объектов, подавляются. На светлом фоне экрана появляются контрастные темные области.

В режиме «снос» радиолокатор определяет угол сноса самолетов за счет метода наблюдения на экране индикатора колебаний доплеровских частот. Благодаря биению частот доплеровского вторичного спектра образуются колебания.

Радиолокационный маяк

Радиолокационный маяк – это приемо-передающее устройство, радиостанция навигационного назначения.

Радиолокационный маяк работает совместно с радиолокационной станцией, которая установлена на самолете, судне или любом другом движущемся объекте.

Сам радиолокационный маяк находится в строго установленном географическом месте. Радиолокационная станция, располагаемая на борту, излучает сигналы, от которых включается радиолокационный маяк. Он излучает кодированные сигналы, по которым радиолокационная станция выясняет направление радиолокационного маяка и расстояние до него.

Ракон, радиолокационный маяк-ответчик, принимает сигналы от радара, моментально реагируя. Маяк автоматически посылает характерный сигнал, который воспроизводится на экране радара, «запрашивающего» сигнал. В результате подобных действий добывается информация о расстоянии, опознавании и пеленге.

Радиолокационный маяк используется в радионавигации, чтобы определять положение объектов и целей относительно известного месторасположения маяка. Кроме этого, радиолокационный маяк обеспечивает точный их выход в пункт расположения.

Радиолокационная станция

Радиолокационная станция – это радиотехническое устройство для наблюдения, опознавания и определения месторасположения объектов различными методами радиолокации.

Радиолокационные станции делятся по способу локации на пассивные, полуактивные и активные станции. Главную роль в радиолокационной станции играют приемное и передающее устройства. В совмещенной радиолокационной станции находится антенна, общая как для приемника, так и для передатчика. В многопозиционных станциях антенны применяются только раздельные. Приемное устройство радиолокационной станции составляют приемник, световой индикатор на электронно-лучевой трубке, а также устройство для автоматизации обработки принятых сигналов.

Радиолокационная станция обладает точностью измерений, хорошей разрешающей способностью, устойчивостью против помех, имеет предельные значения для некоторых параметров. Ее характеристиками также являются мобильность, масса, мощность электропитания, габариты, срок эксплуатации, количество обслуживающего персонала и т. д.

Первые радиолокационные станции были установлены в Великобритании в 1936 г. 5 импульсных станций находили и следили только за самолетами, и только на высотах, находящихся не ниже определенного уровня. Они работали на метровых волнах, своим объемом гораздо превышали современные радиолокационные станции. В ходе военных действий Второй мировой войны радиолокационные станции доказали свою эффективность при налетах немецкой авиации, поэтому вскоре цепочка станций протянулась по всему побережью Ла-Манша. Впервые на корабле радиолокационную станцию установили в Америке в 1937 г. Через несколько лет уже были созданы станции сантиметрового диапазона волн, которые помогали обнаружить самолеты на большом расстоянии.

В 1934 г. советские ученые провели первые эксперименты по обнаружению самолетов с помощью радиосигналов и уже через 5 лет выпустили первую серию промышленных станций.

После Второй мировой войны началось активное распространение и усовершенствование радиолокационных станций. Повышалась точность измерения координат, станции сопрягались с вычислительными машинами и системой радиоуправления снарядами, что помогало работать станциям при большой численности объектов и при умышленных помехах.

По задачам и целям радиолокационных станций различают станции обнаружения и наведения зенитных ракет, станции кругового обзора самолетов, станции поиска космических летательных аппаратов и т. д. Решают поставленные задачи радиолокационные станции по-разному, и поэтому их также различают по специфике решения задач. В зависимости от местности, где располагается радиолокационная станция, различаются наземные, самолетные, спутниковые, морские и т. п. станции. Радиолокационные станции обладают весьма отличающимися техническими характеристиками параметров. Рабочим диапазоном волн на станциях может быть метровый, дециметровый, сантиметровый, миллиметровый и др. По режимам и методам работы радиолокационные станции делятся на импульсные, станции с непрерывным излучением, когерентные и некогерентные и т. д.

Станции орудийной наводки, или радиолокационные станции точных измерений координат, широко применяются в зенитной артиллерии. Панорамные самолетные станции кругового обзора земной поверхности, а также станции обнаружения самолетов были сконструированы в результате использования сантиметрового диапазона. Радиолокационные станции бокового обзора картографируют земную поверхность, применяются в воздушной разведке.

Целый радиолокационный комплекс образуют станции, находящиеся в крупных городах и на промышленных объектах. Подобные станции находят, сопровождают и опознают цели и объекты. Для слежения за искусственными спутниками Земли, измерения их траекторий и слежения за изменением их параметров строятся специальные станции слежения.

Радиолокация

Радиолокация – это процесс радиолокационного наблюдения объектов. Кроме этого, под радиолокацией понимается область науки и техники, которая изучает различные объекты радиотехническими методами. Это одно из важнейших направлений радиоэлектроники. Радиолокация производит обнаружение искомых объектов, их распознавание и измерение координат. Слово радиолокация произошло от латинских слов radio – «испускать сияние», «излучать» и locatio – «размещение», «расположение». С помощью радиолокационных станций и сложных систем радиолокации решаются задачи радиолокации. С радиолокацией связана непосредственно радионавигация, их методы и аппаратура очень схожи, а иногда и неразличимы.

В 1880-х гг. Г. Герц впервые обнаружил явление отражения радиоволн.

В 1897 г. А. С. Попов зафиксировал влияние корабля, который пересекал радиоволны, на силу радиосигнала. А в 1904 г. инженер К. Хюльсмайер предложил идею обнаружения кораблей по отражающимся радиоволнам. В последующие годы происходит развитие радиолокации, ее внедрение в народное хозяйство и различные виды вооружения. Особую роль радиолокационные устройства сыграли в корабельной и зенитной артиллерии. Параллельно с этими нововведениями начали разрабатываться противорадиолокационные средства, представляющие собой активные и пассивные помехи, а также защитные покрытия. Задачи радиолокации расширились с появлением космической и ракетной техники. С помощью радиолокации стали выполняться нахождение и сближение двух космических летательных аппаратов. Одной из важнейших областей радиолокации считается планетная радиолокация, которая позволила с большой точностью измерять расстояния до различных планет. В 1960-х гг. под руководством В. А. Котельникова в Советском Союзе была выполнена радиолокация Венеры, Юпитера, Марса и Меркурия.

В системах противоракетной обороны радиолокация решает задачи по нахождению, сопровождению и уничтожению ракет противника.

В радиолокации для проведения наблюдения используются эхо-сигналы, сигналы радиолокационной станции, собственное радиоизлучение объекта.

Принцип работы радиолокационных средств состоит в том, что радиолокационный передатчик пускает мощный луч, который фокусируется большой антенной. Антенна направляет луч в сторону изучаемого объекта, который фиксируется и исследуется отраженными радиосигналами.

Объект облучается радиолокационной станцией с зондирующим излучением, радиосигналы отражаются от данного объекта и образуют эхо-сигналы. Сигналы радиолокационной станции излучает ретранслирующее устройство, которое находится на объекте в определенном месте. Пассивная радиолокация возникает тогда, когда радиоустройства, находящиеся на объекте, излучают сигналы. В другом случае она происходит при тепловом излучении объекта, которое определяется температурой.

Дальнометрия и дистанциометрия в радиолокации измеряют расстояние до объекта, пеленгация изучает направление входящих сигналов. Радиолокационное наблюдение объектов определяет параметры ледового покрова, содержание влаги в атмосфере, а также выявляет другие характеристики объектов. Данные измерений, полученных радиолокационными приборами, могут быть непрерывными и дискретными, которые вырабатываются через определенные промежутки времени. Радиолокационные объекты представляют собой сплошное образование, либо множественность, либо одиночный объект. При сложном комбинированном наблюдении производится радиолокационный обзор пространства в определенном секторе. Конкретизация поиска позволяет обнаруживать новые объекты в заданном участке и одновременно получать информацию о ранее обнаруженных объектах.

Самым распространенным видом радиолокации считается радиолокация с зондирующим излучением. Он основывается на явлении отражения радиоволн. Объекты радиолокации делятся по характеру отражения и излучения радиоволн на сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенными принято считать те объекты, которые имеют небольшие размеры по сравнению с тем объемом, который разрешается радиолокационной станцией. Распределенные объекты бывают поверхностными, такими как земная поверхность с пашней, кустарником, а также бывают объемными – облака, снег, дождь и т. д.

Радиомаяк

Радиомаяк – это приемо-передающая радиостанция с определенным местонахождением, которая излучает радиосигналы.

Благодаря сигналам радиомаяка определяются координаты и направление движения самолетов, судов и других объектов. От направления излучения зависят параметры радиосигналов. Радиомаяк представляет собой радионавигационное устройство, или же входит в состав радионавигационной системы.

Радиомаяк состоит из шкафа, или стойки приемоответчика, комплекта соединительных кабелей, аппаратуры дистанционного управления, приемо-передающей антенны. Управление маяком осуществляется при помощи аппаратуры дистанционного управления или с помощью панели местного управления. При любом изменении параметров аппаратуры радиомаяка раздаются световые и звуковые сигналы.

Передающая радиостанция излучает определенные сигналы, получив которые, штурман определяет положение своего судна. Радиомаяк помогает также определить свое местоположение, направление и расстояние до судна. Многие маяки производят синхронизированную раздельную передачу радиосигналов и звуковых сигналов. Штурман, получивший сигналы, измеряет временную задержку между моментами их приема, а затем преобразовывает задержку в расстояние. Как правило, штурман основывается на том, что временная задержка в 3 с соответствует дальности в 1 км.

За счет того, что радиомаяки определяют направление, но не нахождение координат, их относят к азимутальным, т. е. угломерным радионавигационным устройствам.

В соответствии с параметром радиосигнала, направление которого меняется, радиомаяки разделяются по классам. Направление на амплитудные радиомаяки, которые считаются самыми распространенными, вычисляется с помощью измерения интенсивности принятого сигнала. Частотные маяки предназначены для того, чтобы определять направление за счет измерения частоты сигнала. В фазовых маяках измеряется фаза сигналов для определения направления. Во временных радиомаяках чтобы определить направление, засекается момент приема сигнала.

Радиомаяки различаются также по своему назначению. Створные и курсовые маяки применяются в курсоглиссадных системах, они задают курсы в вертикальной или горизонтальной плоскости. Створные радиомаяки представляют собой радионавигационное устройство, имеющее в составе направленные антенны. Антенны излучают радиосигналы только на определенных фиксированных направлениях. Пеленговые маяки определяют пеленг, сравнивая момент времени приема сигнала диаграммы направленности с моментом времени, при котором известно положение диаграммы направленности радиомаяка. В маркерных радиомаяках диаграмма направленности ориентирована вертикально вверх. Такие радиомаяки применяются при маркировке пунктов, которые важны в навигационном отношении. Радиомаяки направленного действия пеленгуются с определенных курсов и зон. Маяки ненаправленного действия пеленгуются с любых направлений. Те маяки, которые работают в километровых и других диапазонах длинных волн, имеют дальность действия около 500 км. В диапазонах дециметровых и сантиметровых волн работают всенаправленные радиомаяки, у которых дальность действия ограничена прямой видимостью.

Аварийные радиомаяки обеспечивают поисковые и спасательные операции. Маяк передает аварийные сигналы с координатами на вращающийся вокруг Земли спутник. Благодаря своей связи со спутником аварийные радиомаяки работают быстро и эффективно.

Дальномерные радиомаяки используются в комплексе со специальным бортовым оборудованием. Они измеряют наклонную дальность летательного аппарата относительно контрольной точки установки. Дальномерные радиомаяки применяются во всех аэропортах и при полетах самолетов гражданской авиации. Подобные маяки могут использоваться самостоятельно, а могут быть присоединены к системам посадки или к комплексу навигационного азимутального маяка.

Радионавигационная система

Радионавигационная система – это комплекс радиотехнических устройств, который решает задачи навигации.

Радионавигация представляет собой систему операций, которые обеспечивают вождение летательных аппаратов, судов и других движущихся объектов. Кроме этого, она наводит управляемые объекты с помощью различных радиотехнических средств.

Самыми распространенными считаются гиперболические и угломерно-дальномерные радионавигационные системы. Гиперболические, или разностно-дальномерные системы определяют координаты, производя разность расстояний от объекта до четырех синхронно работающих наземных радиостанций. Угломерно-дальномерные, или полярные системы определяют координаты по расстояниям до двух наземных радиостанций.

С 1960—1970-х гг. широко применяются спутниковые радионавигационные системы.

Средства, используемые в радионавигационной системе, различаются по роду решаемых задач и результату выполнения на радиопеленгаторы, радиодальномеры, радиокомпасы, радиомаяки, радиосекстанты и т. д. Подобные радионавигационные устройства при определенном сочетании, при использовании искусственных или естественных источников радиоизлучения, обеспечивают решение частных навигационных задач. Как правило, такими задачами бывают определение одной поверхности положения объекта, находящегося в движении и т. д. Другие радионавигационные системы обеспечивают решение сложных комплексных задач. Они делятся на системы, использующие в соответствии с регламентом радиосвязи диапазон радиоволн, а также системы, различающиеся параметрами радиосигналов. Параметры сигналов используются при измерении навигационных элементов и делятся, в свою очередь, на фазовые, амплитудные, частотные, комбинированные и временные. По количеству подвижных объектов, которые обеспечиваются навигационной информацией, они подразделяются на средства ограниченной и неограниченной пропускной способности. Выделяются также автономные и неавтономные радионавигационные системы и т. д.

Благодаря применению радионавигационных средств и методов увеличивается точность прохождения маршрутов объектов, находящихся в движении, и ввода их в заданный район. Радионавигационные средства повысили безопасность плавания и полетов водных и воздушных судов в опасных метеорологических условиях. Объединение различных устройств в одну навигационную систему обеспечивает выполнение одновременно практически всех навигационных задач. Чтобы подобные системы применялись на практике с еще большей безопасностью и надежностью, их используют совместно с нерадиотехническими средствами.

Принцип действия радионавигационных средств основывается на использовании некоторых особенностей распространения радиоволн. Над поверхностью Земли радиоволны распространяются по ортодромическому, т. е. кратчайшему расстоянию между пунктами приема и излучения импульсов. Скорость распространения радиоволн не изменяется, она остается постоянной. Одни радиолучи отражаются от ионосферы, другие падают на нее, но все лучи лежат в одной плоскости.

Станции радионавигационной службы, входящие в состав радионавигационной системы, используются при работе во время движения или остановок в произвольных пунктах. Радионавигационная сухопутная станция, напротив, не предназначена для работы во время движения, она представляет собой стационарный комплекс.

Радиопеленгация

Радиопеленгация – это процесс пеленга от наблюдателя на излучающий радиоволны источник с помощью радиопеленгатора. Под пеленгом понимается определение направления. Радиопеленгатор представляет собой приемник, главной составляющей которого является антенна направленного действия. Радиопеленгация используется в воздушной, морской и космической навигации, радиоастрономии, метеорологии, разведке и т. д.

В радиопеленгации используются амплитудные пеленгаторы, которые наводятся в антенне при ее разных положениях в пространстве.

В начале XX в. А. С. Попов зафиксировал явление направленности приема, которое впоследствии стало основой для амплитудного метода радиопеленгации. Первые радиопеленгаторы были созданы после изобретения рамочной антенны. Основными учеными, работающими над теорией и практикой радиопеленгации с самого ее возникновения, были М. В. Шулейкин, Б. А. Введенский и др.

Радиопеленгация осуществляется при помощи радиопеленгаторов, каждый из которых состоит из антенно-фидерной системы и приемоиндикатора. Антеннофидерная система принимает радиоволны, которые распространяются от пеленгуемого объекта. С помощью амплитудного метода в приемоиндикаторе сравниваются амплитуды, а за счет фазового метода измеряется разность фаз.

При использовании радиопеленгацией двух радиопеленгаторов, которые располагаются на достаточном расстоянии друг от друга, можно определить место нахождения пеленгуемого объекта. Этот объект будет находиться в точке пересечения направлений радиопеленгаторов.

Пеленгатор располагается в определенной фиксированной точке и находится в стационарном состоянии. В оперативной пеленгации определение, пеленгование и поиск передатчика радиосигналов осуществляются с помощью подвижных радиосредств. Благодаря подвижному радиопеленгатору можно определить направление на передатчик, кроме того, он позволяет измерить дальность.

Пеленгация может осуществляться пеленгационной рамочной антенной. Пеленгационная антенна вертикальнополяризованных волн представляет собой рамку, состоящую из нескольких витков. Витки антенны находятся в вертикальной плоскости. При небольшом диаметре витка диаграмма направленности пеленгационной рамочной антенны принимает вид восьмерки. При антенном эффекте, когда возникает электрическая асимметрия, происходит искажение диаграммы направленности.

Для того чтобы определить точный пеленг, рамка антенны поворачивается вокруг вертикали и фиксируется в том положении, при котором сигнал или пропадает, или минимален. В это время передатчик направлен в сторону прямой линии, которая проходит через ось рамочной антенны. Чтобы определить пеленг без перемещения антенны, применяется комбинированное включение штыревой и рамочной антенн.

Для радиопеленгации УКВ-волн используются многовибраторные системы или горизонтальный полуволновой вибратор.

Радиопеленгация является основой для международной спортивной игры, которая носит название «Охота на лис». Принцип игры «Охота на лис» состоит в следующем. Спортсмен за определенное количество времени, как правило, это 2 ч, должен найти «лису». «Лисами» являются радиопередатчики, которые устанавливаются в труднодоступных местах – гористой, болотистой, пересеченной местности или в лесу. За 120 мин участники должны найти от 3 до 5 так называемых лис. Для этого спортсмены пользуются радиопеленгаторами, специальными радиоприемниками, которые определяют направление на источник радиосигналов. Режим передачи одного «лиса» составляет 1 мин передачи радиосигналов, 4 мин молчания, тем самым за 5 мин в радиоэфир выходят 5 «лис». После начала соревнований участники пеленгуют источники сигналов, прогнозируют месторасположение «лис», выбирают наиболее приемлемый маршрут, чтобы оптимально быстро и эффективно найти все радиопередатчики. В зависимости от уровня проведения соревнований различаются они по длине волны, одни проводятся с длиной волны 2 м 144 МГц, другие 80 м 3,5 МГц. Победителем становится спортсмен, нашедший все контрольные пункты за самое короткое время.

Радиоприемник

Радиоприемник – устройство, принимающее и преобразующее радиосигналы. Конструкция радиоприемников существенно различается в зависимости от назначения. Радиоприемники бывают радиовещательными, радиосвязными и радиолокационными. Радиовещательный приемник принимает передаваемые радиовещательными станциями модулированные сигналы в диапазонах длинных, средних или коротких длин волн. Радиоприемники различаются по составу диапазонов, эксплуатационных удобств, основных характеристик и делятся на три основных вида: стационарные, переносные, автомобильные. Стационарные радиоприемники бывают объединены с электропроигрывателем (это радиола) или с магнитофоном (это магнитола). Иногда радиоприемник включает и электропроигрыватель, и магнитофон (это магниторадиола). Стационарные радиоприемники имеют питание от электросети.

Переносные радиоприемники имеют питание от батареек. Как правило, во всех радиоприемниках применяются полупроводниковые приборы для усиления принимаемых сигналов, преобразования по частоте и детектирования. Усилитель промежуточной частоты выполняет усиление полезного сигнала. Усилители низкозвуковой частоты выполняют усиление мощности детектированных колебаний, регулируют громкость и тембр звука. Устройство радиоприемника позволяет осуществлять его настройку на любую радиовещательную станцию. Для этого сначала выбирается диапазон частоты с несущей частотой радиостанции и на соответствующем ей делении шкалы ручкой устанавливают указатель.

Первые радиоприемники появились одновременно с появлением радиовещательных станций в начале ХХ в.: в 1919 г. в России – в Нижнем Новгороде, в 1920 г. – в Москве, в 1922 г. – в Лондоне, в 1923 г. – в Германии, Бельгии, в 1926 г. – в Японии, в 1920 г. – в США. В середине ХХ в. радиовещание распространилось почти во всех странах мира, с каждым годом растет промышленный выпуск радиоприемников.

Радиосвязной радиоприемник с приемной антенной – радиоприемное устройство, принимающее сообщения, передаваемые радиопередающим устройством с передающей антенной. Колебания радиочастот модулируются радиопередатчиком в радиосигнал, он направляется в передающую антенну, которая распространяет электромагнитные волны в пространстве. Они принимаются приемной антенной, создают в ней электрические колебания, идущие в радиоприемник. В приемнике они направляются в усилитель, после детектируются, и выделяется сигнал, который преобразуется воспроизводящим устройством.

Для того чтобы снизить радиопомехи, радиопередатчики и радиоприемники размещаются на специальных радиопередающих и радиопринимающих станциях. Радиосигнал на большие расстояния передается при помощи спутников связи, находящихся на высоте 40 000 км. Радиопередатчики имеют мощности в несколько десятков киловатт. Радиосвязь применяется для передачи программ радио и телевидения, телеграфных сообщений, цифровой информации.

Радиолокационный приемник и передатчик – это устройства, методом радиолокации ведущие наблюдения за различными объектами. Радиолокационное передающее и принимающее устройство – это оборудование радиолокационной станции радара. Такие станции появились в 1930-х гг. и применялись в военных целях (для обнаружения самолетов). В наше время такие станции используются и для научно-исследовательских и других целей, в картографировании, метеорологии, навигации. Метод радиолокации основан на образовании эхо-сигналов при отражении радиоволн от объекта. При этом измеряются направление прихода сигналов, расстояние до объекта и скорость его движения. Так как различные объекты по-разному отражают радиоволны, то по этому отражению или излучению радиоволн объекты бывают сосредоточенными и распределенными, поверхностными или объемными.

Но основные действия любого радиоприемника – это селективность (выделение частот с искомой информацией, усиление полученных колебаний), детектирование (преобразование радиочастотных колебаний в электрические). Это осуществляют находящиеся в составе приемника электрические фильтры, колебательные контуры, резонаторы, усилители колебаний, детектор. В зависимости от типа усилителя радиоприемники бывают прямого усиления, регенеративные и сверхрегенеративные, рефлексные и супергетеродинные. Радиоприемники прямого усиления усиливают колебания без преобразования частот. В регенеративных и сверхрегенеративных радиоприемниках подключается цепь положительной обратной связи. Характеристики любого радиоприемника – это селективность, чувствительность, стабильность. Селективность – выделение нужного сигнала. Чувствительность – прием слабых сигналов. Стабильность – достаточно длительное ведение приема сигналов без дополнительной регулировки.

Радиосвязь

Радиосвязь – это электрическая связь, которая осуществляется с помощью радиоволн. Радиосвязь происходит благодаря передаче сообщений из пункта передачи в пункт приема. В первом пункте располагается радиопередающее устройство, в состав которого входят радиопередатчик и передающая антенна. В пункте приема сообщений находится радиоприемное устройство, которое составляют радиоприемник и приемная антенна. В передатчике генерируются радиоволны определенной частоты в соответствии с передаваемым сообщением. Передатчик посылает радиосигнал в передающую антенну, которая возбуждает в пространстве модулированные электромагнитные волны. Волны передаются приемной антенне, в которой, в свою очередь, тоже возбуждаются электрические колебания, поступающие в радиоприемник. В радиоприемнике слабый сигнал демодулируется или детектируется после обработки в электронном усилителе.

В результате проведенных операций получается сигнал, равнозначный первоначальному. Он преобразовывается впоследствии в адекватное исходному сообщению послание. Радиосвязь применяется в радионавигации, радиолокации и других областях техники.

Еще в 1880-е гг. Т. А. Эдисон пытался осуществить возможность радиосвязи. До 1888 г., когда Г. Герцем были открыты электромагнитные волны, попытки Эдисона были тщетны в практическом плане. Но в теоретическом плане его работы послужили хорошим базисом для последующих исследований. Герц разработал первый радиопередатчик, который представлял собой искровой излучатель электромагнитных волн. Через 4 года У. Крукс подробно описал основные принципы и возможности радиосвязи. В 1895 г., основываясь на всех теоретических данных, А. С. Попов, а через год и Г. Маркони изобрели чувствительные приемники, которые передавали сигналы без использования проводов. 7 мая 1895 г. Попов впервые продемонстрировал свою радиоаппаратуру и беспроводную передачу сигналов. Эта дата стала официальным днем появления радиосвязи.

В том же году Попов использовал приемник для автоматической записи грозовых разрядов, положив тем самым начало радиометеорологии. Радиосвязь начала использоваться в коммерческих целях в США и странах Западной Европы. Она стала применяться в военноморском деле, гуманистических целях – при спасениях людей, которые потерпели кораблекрушение. С 1915 г. аппаратура для радиосвязи развивалась на базе электронных ламп, с 1950-х гг. были внедрены полупроводниковые приборы.

Неблагоприятное влияние на качество радиосвязи зависит от помех, которые возникают в результате наложения электромагнитных колебаний посторонних источников радиоизлучений на волны радиопередатчика. Кроме этого, на качество связи влияют затухания радиоволн во время распространения от передающей антенны к приемной.

Негативным отличием радиосвязи от электросвязи по закрытым кабелям и линиям является то, что при распространении волн в открытом пространстве радиосигналы могут принимать разные радиоприемники, в том числе и те, для которых передаваемая информация не предназначена. Это приводит к возникновению радиоподслушивания и радиоперехвата.

С помощью линий радиосвязи передаются телеграммы, телефонные сообщения, цифровая информация и факсимиле, на метровых и других коротких волнах передаются телевизионные программы.

Службы радиосвязи, представляющие собой средства для ее установления, организационные и технические мероприятия, различаются по структуре, дальности действия, назначению и т. д. Существуют службы наземной и космической радиосвязи, фиксированная, подвижная, а также служба радиовещания и телевидения. Кроме этого, существуют ведомственные службы радиосвязи, находящиеся в различных организациях и министерствах, а также внутрипроизводственная радиосвязь на предприятиях и в учреждениях.

Радиостанция

Радиостанция – это комплекс радиоэлектронных приборов и инженерных сооружений, который предназначен для приема и передачи радиоволн. Радиостанция также означает студию, в которой подготавливает радиопередачи коллектив дикторов и журналистов.

Радиостанции появились в первой четверти XX в. В СССР история радиостанций начинается с того момента, когда М. А. Бонч-Бруевич со своей командой инженеров создал в 1922 г. первый ламповый радиопередатчик с амплитудной модуляцией.

Радиовещательные станции передают радиосигнал, принимаемый простейшими бытовыми приемниками. Локальное вещание проводится в диапазоне ДВ со средним или низким качеством вещания. Диапазону ДВ уподобляется СВ, его отличием является то, что в ночное время можно передавать радиосигналы на большие расстояния. Интервал между частотами ближайших станций на этих диапазонах составляет 9—10 кГц. Диапазон КВ характеризуется низким качеством радиосигнала, но его достоинством считается возможность передачи радиоволн на достаточно большие расстояния, его разнос составляет 5 кГц. УКВ представляет собой локальное вещание, частотную модуляцию, которая использует антенны и радиоприемники дешевые по своей стоимости. УКВ – это стерео с разностным сигналом, FM – стерео с пилотным тоном. На УКВ интервал между частотами соседних радиостанций составляет не менее 180 кГц.

Для того чтобы между станциями не возникало взаимных помех, существуют специальные службы по распределению частот. В России этим занимается Федеральная служба по надзору в сфере связи, между странами частоты распределяет Международный союз электросвязи.

Цифровые радиостанции передают закодированные и сжатые цифровые радиосигналы в диапазонах ДВ и КВ. Только при небольшой мощности радиопередатчика качество передачи получается хорошим.

Телевизионные станции передают телевизионный сигнал в УКВ-, МВ– и ДВ– диапазонах. В аналоговом телевидении для передачи изображения применяется амплитудная модуляция, а для передачи звука – частотная модуляция.

Для подавления сигнала зарубежных, конкурирующих и других нежелательных радиостанций применяются радиостанции глушения. Военные используют подобные станции в своих целях: не только для заглушки радиостанции, но и нарушения связи своего противника. Практикуются передачи сигнала китайским способом, т. е. передача радиосигнала другой станции. Кроме того, передаются также случайные сигналы, и определенные радиосигналы, сдвинутые во времени. К 1988 г. радиостанции глушения практически перестали использоваться по назначению, многие из них были переоборудованы в радиовещательные станции. На сегодняшний день радиостанции глушения функционируют в КНДР, Китае и на Кубе.

На контрольных радиостанциях применяется радиоприемник с хорошей антенной. Радиостанции используются для контролирования качества сигнала, поиска, координирования действий радиостанций глушения и пеленгации определенных источников радиосигнала.

Радиорелейные станции представляют собой приемно-передающие сооружения или установки, которые образуют радиорелейные линии. Расстояния между радиостанциями доходит до десятков километров. Используются радиорелейные станции при ретрансляции передач и для телефонных разговоров в такой местности, в которой прокладка кабелей не представляется возможной.

Навигационные станции используются в ближней и дальней навигации, а также при вводе самолета на посадочную полосу аэродрома и т. д.

В последнее время стали широко распространяться так называемые пиратские радиостанции. Они ведут радиопередачи в диапазонах FM и КВ, причем без обязательных государственных лицензий. Такие радиостанции, как правило, стационарны, но могут быть и подвижными. Правительства борются в меру своих сил с «пиратами», но их нелицензированная продукция продолжает поступать на потребительский рынок.

Радиотехника

Радиотехника – это отрасль науки, которая изучает методы и технические средства использования радио. В радиотехнике радио применяется для определения места нахождения объектов, передачи сообщений, дистанционного управления и т. д.

Современная радиотехника представляет собой высокотехнологичные разработки, которые синтезируют последние достижения науки и техники в различных областях. Радиотехнические знания применяются при обработке и в методах формирования сигналов, они синтезируют радиофизические эффекты в технических, аэрокосмических, биологических и других средах и объектах. Радиоинженеры создают космические ракетные комплексы, миниатюрные сотовые телефоны и др.

Прародителем радиотехники является знаменитый А. С. Попов, изобретатель беспроводного радио. В 1895 г. Попов создал телеграфный радиоприемник, который предназначался для обнаружения и регистрации электрических колебаний. 7 мая того же года он сделал научный доклад о своем изобретении на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге. После доклада Попов продемонстрировал принцип работы своей беспроводной системы связи. В 1945 г. Советом министров СССР был учрежден День радио и радиотехники 7 мая.

В течение 30 лет после изобретения радио разрабатывались научные основы радиотехники, развивалась радиотелеграфия. В разных странах велись исследования и разработки детекторов для упрощения радиоприемников и увеличения их чувствительности.

С 1904 г., после изобретения первого диода, т. е. двухэлектродной лампы, которая применялась в качестве детектора, начались разработки ламповых приемников. После начала Первой мировой войны электронные лампы начали активно внедряться в радиотехнику, и в 1913—1920 гг. радиотехника становится ламповой.

После создания радиоламп в 1914 г. Н. Д. Папалекси и приемно-усилительных ламп в 1916 г. М. А. Бонч-Бруевичем открылся первый Научно-радиотехнический институт в Нижнем Новгороде. Именно в нижегородской лаборатории зародились разнообразные направления радиотехники, которые впоследствии превратились в автономные разделы радиотехники и радиоэлектроники. В радиолаборатории О. В. Лосев в 1922 г. изобрел кристадин, первый безламповый приемник.

В 1920—1930-е гг. радиотелеграфирование продолжило свое развитие. В это время создаются радиовещание, радиолокация и радионавигация. Появились комбинированные, маячковые электронные лампы, лампы типа «желудь» и т. д. Разрабатывались фотоэлектрические, электронографические приборы, развивались способы передачи изображения, основные направления измерительной техники. Усовершенствовались электровакуумная и радиопромышленность.

Расчеты радиотехнических схем осуществлялись при помощи новых инженерных методов. Именно в эти годы радиотехника обрела статус самостоятельной инженерной науки.

В последующие годы радиотехника разрабатывалась бок о бок с электроникой и ее отраслями.

Радиоэлектроника

Радиоэлектроника – это системообразующая отрасль науки и экономики, применяющаяся в оборонной промышленности и других областях. Уже более 60 лет в России развивается радиоэлектроника.

Начало отечественной радиоэлектроники было положено в 1910—1920-х гг. в первой радиолаборатории. Лаборатория, впоследствии преобразованная в Научно-радиотехнический институт, располагалась в Нижнем Новгороде. Учеными, работающими в этой лаборатории, были разработаны основные направления радиотехники, которые через некоторое время превратились в самостоятельные разделы радиоэлектроники.

4 июля 1943 г. Государственный Комитет Обороны постановил создать Совет по радиолокации. Задачами Совета были: подготовка проектов военно-технических заданий по вопросам систем вооружения радиолокационными средствами, развитие и совершенствование радиолокационной промышленности и техники и т. д. В Совет по радиолокации входили Маленков, Горохов, Угер, Архипов и др. Такое внимание к вопросам радиолокации положило начало активному развитию и повышению боеспособности армии, разгрому противника, а также зарождению радиоэлектронной отрасли страны.

С середины XX в. электроника начинает широко распространяться во всех отраслях науки, техники, народного хозяйства и т. д.

Электроника как комплекс наук всегда была связана с радиофизикой, радионавигацией, радиоспектроскопией, радиолокацией, радиометеорологией, радиоастрономией, радиоуправлениями на расстоянии и т. д.

В развитие отечественной радиоэлектроники внесли неоценимый вклад такие ученые, как А. И. Берг, С. А. Лебедев, А. Л. Минц, Ю. Н. Мажоров, Г. В. Кисунько и др.

С 1960—1970-х гг. внимание уделяется модернизации электровакуумных приборов, повышались их надежность, долговечность и прочность. Создавались пальчиковые и сверхминиатюрные электронные лампы, снижающие размеры установок, в которых насчитывалось большое число ламп.

Сложные электронные системы составляют до нескольких десятков тысяч пассивных и активных компонентов. Задачами радиоэлектроники являются уменьшение их габаритов, веса, стоимости и потребляемой мощности. Кроме этого, проектировщики электронных систем стремятся к улучшению параметров и характеристик установок и повышения надежности систем.

В настоящее время радиоэлектронным комплексом руководит Российское агентство по системам управления.

Рамочная антенна

Рамочная антенна – это направленная антенна, которая представляет собой один виток или несколько витков провода. Витки образуют рамку определенной формы, это может быть прямоугольная, круглая или квадратная рамка. В плоскости рамки находится максимальная интенсивность как приема, так и излучения волн. Рамочная антенна также носит название миниатюрного магнитного диполя. Применяются рамочные антенны в радиопеленгаторах, где они выполняют функцию приемной антенны. Кроме этого, приемные антенны используются в радиовещательных приемниках, которые работают в коротких, средних и длинных волновых диапазонах.

Рамочную антенну изобрел К. Браун в 1916 г. Ли де Форест, установив одни из первых радиостанций на пяти базах военно-морского флота США, стал заниматься разработкой нескольких видов антенн, среди них и рамочной антенной.

Входное сопротивление в рамочной антенне имеет индуктивный характер за счет того, что длина рабочей волны превосходит периметр ее рамки. Благодаря этому, присоединив конденсатор переменной емкости к рамочной антенне, можно получить колебательный контур. Контур настраивается на необходимую рабочую волну. Фаза и амплитуда колебаний тока являются постоянными по всему периметру, если только размеры рамки достаточно малы. Направление тока противоположно в элементах, противолежащих друг другу в передающей рамочной антенне. Поэтому электромагнитные волны, которые излучают противолежащие элементы, сдвигаются по своей фазе на 180°. В перпендикулярном плоскости рамки направлении получается полная компенсация излучения, в отличие от других направлений, где компенсация оказывается неполной.

Рамочные, или, по-другому, петлевые антенны используются для приема телевизионных программ. Наиболее часто применяются лампы с двумя или тремя элементами, которые носят название двойного или тройного квадрата. Конструкции подобных ламп довольно просты, усиление высокое, а полоса пропускания узкая.

Узкополосные антенны, в отличие от широкополосных антенн, обеспечивают избирательность частоты. За счет этого сигналы от других телевизионных передатчиков не проникают на вход телевизионного приемника, который работает на близких с ними частотных каналах.

Для работы в дециметровом диапазоне в двухэлементных лампах рамки изготовляются из медного или латунного прутика. Диаметр прутика не должен превышать 3—6 мм. Середины двух элементов рамок соединяет верхняя металлическая стрела. Нижняя стрела крепится к текстолитовой пластине, она является изолированной от вибраторной рамки. К той же пластине прикрепляются концы вибраторной рамки с помощью винтиков и гаек.

По сравнению с рамочной антенной с двумя элементами, которая носит название волнового канала, антенна двойной квадрат усиливается на 1,5 дБ, т. е. в несколько раз больше.

В рамочной антенне тройной квадрат находятся три рамки. Рамка директора и рамка рефлектора замкнутые, а рамка вибратора в некоторых точках разомкнута. Расположены рамки симметрично друг другу, поэтому центры их крепятся к обеим стрелам в серединах сторон. Центры рамок располагаются на одной горизонтальной прямой, которая направлена на телецентр. Лучшие результаты работы рамочной антенны достигаются тогда, когда верхняя стрела изготовлена из того же материала, что и рамки, а нижняя стрела выполнена из какого-нибудь изоляционного материала.

Простая конструкция рамочной антенны с тремя элементами состоит из куска толстого провода, работает в дециметровом диапазоне.

Расстояние между несколькими элементами рамочной антенны определяет ее усиление и входное сопротивление.

Рамочные антенны с двумя и тремя элементами тщательно направляются и ориентируются из-за того, что главный лепесток диаграммы направленности довольно узок. Настраивают рамочные антенны с помощью шлейфа, который подключен к рефлектору. Для настройки измеряется длина шлейфа, которая в идеале должна быть на 4% больше, чем длина вибратора антенны.

Если переходить от лампы двойного квадрата, в состав которой входят рефлектор и вибратор, к антенне с тремя элементами, то этот переход приведет к выигрышному усилению на 1,7 дБ.

Э. Тафро сконструировал несколько антенн, основывающихся на проволочной рамке прямоугольной формы. Соотношение сторон в рамочной антенне равнялось 1 : 3. Подобные рамочные антенны обладают преимуществом в небольшой подвесной высоте, которая выполняется при вертикальном расположении короткой стороны. Для большего эффекта антенну дополняют активной рамкой или рамочными директорами.

Четырехэлементная рамочная антенна с указанным соотношением сторон была построена и поставлена на определенной высоте – 40 м. В ходе экспериментальных работ антенну сравнили с трехэлементной полноразмерной антенной. В 90 случаях из 100 антенна с четырьмя элементами показывала лучшие результаты, чем полноразмерная антенна.

Растр телевизионный

Телевизионный растр – это совокупность строк изображения, которая составляет телевизионный кадр.

При считывании с мишени передающей телевизионной трубки, т. е. иконоскопа, передаваемое изображение раскладывается на совокупность строк, которая и представляет собой телевизионный растр. При синтезе на экране приемной телевизионной трубки, т. е. кинескопа, телевизионный растр является совокупностью строк воспроизводимого изображения. «Растр» происходит от латинского слова rastrum – «грабли». Телевизионный растр, используемый в вещательном телевидении, имеет форму прямоугольника. Формат растра равен формату кадра, т. е. соотношению 4 : 3 ширины к высоте. Если на экране кинескопа отсутствует видеосигнал, то растр воспринимается как прямоугольник, в котором равномерно распределен свет. Кроме телевидения, растр применяется в оптике, полиграфии. В оптике растр представляет собой решетку для преобразования светового пучка, направленного в определенную сторону. В полиграфии растр является оптическим устройством, системой непрозрачных элементов, которое используется в репродукционных процессах. Растры, как точные структуры изображения, бывают регулярными, схоластическими, линейными, контактными, двухлинейными, корешковыми и ромбическими.

В 1960—1970-х гг. растр широко применялся в стереоскопических открытках. Он выглядел как решетка, состоящая из длинных и тонких цилиндрических линз. Он позволял просматривать цветные стереоскопические снимки без специальных очков и других приспособлений. Полиграфия довела подобную технологию до совершенства, после чего возникла идея использовать растр и в телевидении. Первоначально выполнение задачи казалось легким: стоит только наклеить растр на телевизионный экран и транслировать передачи со стереоскопическим изображением, но все оказалось не так просто. Телевизор представляет собой аналоговое устройство с определенными допусками. Для операции с телевизионным растром необходимо задействовать допуск на точность положения горизонтальных строк изображения. При небольшом сдвиге на полмиллиметра двух строк относительно друг друга разницы в изображении человеческий глаз не отметит. Если наклеить на экран телевизора растр с шагом в полмиллиметра, то передаваемое стереоизображение может сдвинуться и попасть не в назначенную стереопару, а в соседнюю. Дрожание строк, полученное после подобной передачи изображения, будет происходить постоянно, и вместо четкой картинки на экране будет расплывчатое и мутное изображение. Кроме эффекта дрожания строк, перемещение изображения на экране электронно-лучевой трубки привело бы к постоянной смене мест половин стереопары, что также является причиной неустойчивости стереоизображения. Обычное аналоговое телевидение не способно решить две основные проблемы растрового телевидения – дрожания строк и изменение параметров стереопары. Точность положения строк достигается цифровым видеоизображением, благодаря тому что цифровая картинка состоит из матрицы пикселей, а не из строк. У каждого элемента изображения матрицы имеется свой собственный адрес, который не позволяет пикселям сдвигаться. Цифровое изображение воспроизводится не на электронно-лучевой трубке, а на дискретном или жидкокристаллическом мониторе. В подобном мониторе каждый пиксель матрицы ощущает на себе воздействие отдельного физического элемента, который не дает сдвига ни вправо, ни влево. Чтобы сделать фильм со стереоскопическим изображением, необходима некоторая доработка монитора, точнее, перед экраном монитора следует установить пластиковый растр. Чтобы вертикальные полосы располагались параллельно столбцам матрицы, которая входит в состав монитора, необходимо растр заключить в жесткую рамку. Растр устанавливается и крепится перед экраном монитора и запускается простая программа, которая поможет установить все полосы вертикально. Растр поворачивается вращательными движениями до тех пор, пока с экрана не исчезнет муар и картинка получится ясная и четкая. Благодаря такому домашнему изготовлению телевизионного растра можно просматривать стереоскопический фильм. Кадры фильма состоят из вертикальных полосок правого и левого кадра стереопары, которые располагаются последовательно.

В последнее время растр начинают использовать при оснащении компьютерных игр. Стереоскопическое изображение создается специальным шлемом виртуальной реальности, который можно заменить растром, причем последний по своей стоимости гораздо экономичнее шлема.

Основным достоинством растровых систем является отсутствие очков при просмотре стереоизображения. Самыми распространенными считаются лентикулярные, или линзовые растры, которые состоят из цилиндрических вертикальных линз. Для того чтобы стереоизображение не окрасилось только в один цвет, а также для эффекта многоракурсных изображений используются наклонные линзовые растры.

Недостатком растровых систем является момент, при котором качество изображения изменяется. Это происходит при смещении взгляда зрителя от определенного оптимального положения. Чтобы устранить подобный эффект, созданы устройства, отслеживающие положение головы пользователя и после этого сдвигающие в необходимом направлении растр или стереодисплей.

Растровые оптические системы

Растровые оптические системы – оптические системы, включающие в свою конструкцию растр, преобразующий структуру направленного пучка светового луча; располагается внутри фотоаппарата вблизи фотослоя, световой поток проходит через растр и преобразуется в отдельные световые пучки, имеющие разную интенсивность, соответствующую яркости оригинала.

Растр – это маленькие оптические элементы – решетки, линзы, призмы, отверстия. Они находятся на одной поверхности и представляют собой цельное оптическое устройство. Каждый из этих элементов создает только одно формируемое изображение. Растровые оптические системы различаются по способу укладки на общей поверхности и по ее форме. Форма может быть в виде конуса, цилиндра, сферы, плоскости или нескольких плоскостей. Параметры элементов также различны. Оптические растровые системы бывают регулярные или нерегулярные. Регулярные бывают линейными, радиальными, кольцевыми, сотовыми, рядовыми. У линейных систем элементы располагаются линиями параллельно. У радиальных систем элементы идут от одного центра. У кольцевых систем элементы имеют вид концентрических зон. У сотовых и рядовых систем элементы имеют шахматный порядок. Период следования элементов на плоскости, как правило, постоянный. Растровые оптические системы обладают фокусирующим, множащим, анализирующим, интегрирующим свойствами. Фокусировка – это способность растра собирать в точку свет, идущий от точечного источника. Множащая способность – это многократное повторение одних изображений. Анализирование – это раскладывание изображения на элементарные изображения. Интегрирование – это воспроизведение из элементарных изображений целого изображения. Разнообразные оптические системы получаются при комбинировании разных типов растров и экранов, так как тип растровой оптической системы зависит от свойств экрана, находящегося в фокальной плоскости растра. Например, диффузно отражающий экран в сочетании с растром дает прямое и обратное прохождение лучей. Двукратное преобразование изображения – анализирующее и интегрирующее – дает нормальное воспроизведение изображения. Растровые оптические системы применяются для цветной фотографии, высокоскоростной киносъемки, для воспроизведения стереоскопического изображения без стереоскопа при помощи линзово-растровой пленки, для стереопроекции при помощи растрового экрана, для стереоскопического телевидения, для беспараллаксного размножения оптических изображений, для восстановления объемного изображения. И также растровые оптические системы, кроме фотокиноприменения, используются в полиграфии, текстильной промышленности и измерительной технике.

Растровый экран

Растровый экран – это экран, создающий направление отражения света, на который при дневном освещении проецируются кинофильмы и диапозитивы, для стереопроекции. Устройство экрана различается в зависимости от типа изображения. Экран, имеющий растровую структуру, дает плоское изображение. Чтобы получить стереоскопическое изображение, растр находится на небольшом расстоянии от отражающей поверхности экрана. При этом левым и правым глазом наблюдатель видит разные изображения. Экран с радиальным линзовым растром имеет большую светосилу и используется в стереокино.

Рация

Рация – это радиопередающее устройство. В состав рации входят радиоприемник, передатчик, антенна и элементы питания.

Рация передает голоса людей на различном расстоянии. Радиус покрытия рации иногда достигает 20 км. Применяются рации в основном в экстремальных видах спорта, на рыбалке, охоте и т. д. Как правило, в комплект рации входят станция, гарнитура, аккумулятор, настольное зарядное устройство и дополнительные аксессуары. Гарнитура раций бывает двух типов РТТ и VOX. В состав гарнитуры РТТ входят провод, наушники и микрофон. Прием и передача сообщений осуществляются при нажатии кнопки микрофона. VOX-гарнитура запускается голосовым набором, если, конечно, радиостанция поддерживает подобную функцию.

Название «рация» происходит от радиостанции, вернее, это радиоэлектронное средство связи. Понятие радиостанция используется в более широком смысле, включающем в себя и вещательные радиоэлектронные средства связи, и средства связи между абонентами, что непосредственно и является рацией. С помощью слова «рация» уточняется сегмент радиоэлектронного средства связи двусторонней связи без использования проводов.

Бывают рации базовые, т. е. стационарные; носимые, т. е. портативные; возимые, т. е. автомобильные.

В каждой рации находится система подавления звука. Ручная регулировка подавления гораздо эффективнее и лучше, чем автоматическое подавление шумов. Подавитель шумов поглощает фоновый шум и не позволяет рации воспроизводить слабые радиосигналы.

Рация с чувствительным приемником гораздо полезнее и удобнее, чем рация с большой выходной мощностью. Срок службы батарей гораздо дольше, а радиус действия больше.

Рации имеют встроенные и внешние антенны. Внешняя антенна дает лучший результат и обладает большим радиусом действия. Антенна должна иметь заземление, точную длину для работы на частоте рации, кроме того, она должна быть изготовлена таким образом, чтобы могла осуществляться концентрация сигнала в необходимом направлении.

Большой радиус действий достигается за счет чувствительности приемника, эффективности подавителя шумов и хорошей настройки антенны.

Современные модели раций подвергаются постоянному усовершенствованию, вследствие чего рации становятся более удобными, эффективными и внешне привлекательными (многие рации обладают ультрасовременным дизайном и регулируемыми уровнями подсветки дисплея). Рации оснащаются водонепроницаемым и противоударным корпусом, что позволяет использовать их в близких к воде местах и при активных действиях. Рации можно активизировать голосовым набором, без нажатия какой-либо кнопки, при этом общение происходит при помощи микрофона и наушников. Диапазон температур, при которых рация функционирует, колеблется от -20 до +60 °С. Аккумулятор среднестатистической рации рассчитан на 12 ч непрерывной работы портативной радиостанции.

Рации обладают большим количеством достоинств. Они становятся незаменимыми во время спасательных работ, когда требуются точная координация и достоверная оперативная информация. Рации обеспечивают оперативную связь на определенном участке местности, который равен порой нескольким километрам; дальность действия зависит от мощности радиостанции и свободного пространства. Если прием и передача сообщений происходят в местности с большим количеством зданий и сооружений, то радиус действия автоматически уменьшается.

С помощью раций могут общаться одновременно несколько человек, если только они настроены на одну волну.

Передача и прием сообщений осуществляются нажатием соответствующих кнопок. За счет простоты в применении рацией могут пользоваться люди различных возрастов и разной технической подготовки.

Резистор

Резистор – это элемент электрической цепи, который оказывает сопротивление проходящему через него электрическому току. Название резистора происходит от английского слова resistance, что означает «сопротивление». Сопротивление резистора измеряется в омах, килоомах и мегаомах. Резисторы являются деталями таких электроприборов, как радиоприемники, магнитофоны, усилители и т. д. В каждом из подобных приборов находится большое количество резисторов, в цветном телевизоре их число доходит до нескольких сотен, а в транзисторном радиоприемнике – несколько десятков.

В постоянных резисторах электрическое сопротивление не изменяется, а в переменных резисторах сопротивление можно варьировать от максимального до минимального значения. Постоянный резистор имеет вид небольшой керамической трубки, на поверхности которой находится слой металлического сплава или углерода. Слой углерода или сплава обладает малой электрической проводимостью. На концах керамической трубки располагаются латунные или серебряные колпачки с выводами из проволоки. Корпус трубки покрывается влагоустойчивой эмалью. У переменного резистора имеется три вывода, представляющие собой концы токопроводящего элемента и щеточного контакта. Токопроводящий элемент имеет вид незамкнутого кольца, который покрыт слоем лака и сажи. Через центральное отверстие токопроводящего элемента проводится валик с закрепленным на нем щеточным контактом. Когда валик совершает вращательные движения, щеточный контакт перемещается по кольцу, в результате чего изменяются сопротивление контакта и выводы токопроводящего элемента.

В различных приборах резисторы устанавливаются в электрические цепи, чтобы погасить избыток мощности. Резисторы отбирают на себя часть тока, разделяют напряжение на части и создают необходимый режим работы транзистора, электронной лампы.

Саморегулирующиеся резисторы применяются в радиотехнике, автоматике, электронике, электрической связи. Они изменяют свое электрическое сопротивление под воздействием различных внешних факторов, таких как магнитное поле, температура, освещенность и механическое усилие.

В терморезисторах сопротивление изменяется под действием температуры. Токопроводящий элемент подобных резисторов состоит из смеси оксидов металлов. Электрическое сопротивление уменьшается даже при небольшом возрастании температуры. Терморезисторы применяются в дистанционном управлении электрической связи, в электронных термометрах и в системах автоматического регулирования. Термисторы, являющиеся разновидностью терморезисторов, изменяют мощность в области сверхвысоких частот.

Фоторезисторы изменяют сопротивление при разной освещенности. Они выполняют функцию глаз в разнообразных автоматических устройствах. Фоторезисторы встречаются в таких сложнейших устройствах, как перцептроны, помогающие автоматическому сортировщику писем распознать индекс, написанный на конверте.

Рекордер

Рекордер – это устройство, которое преобразует электрические колебания звуковой частоты в механические колебания иглы. Электрические колебания звуковой частоты создаются специальным звукозаписывающим аппаратом. Игла, или резец рекордера, продавливает механическую фонограмму на звуконосителе. Рекордер происходит от английского слова record, что означает «записывать». Рекордер переносит на специальный оптический диск диаметром около 12 см, на который записывается информация, и архивирует аудиовизуальную информацию в цифровом виде. Архивация происходит путем намагничивания рабочего слоя диска. Подобный рекордер имеет вид блока, встраивается в системы HI-FI. В рекордерах версии MD применяется картридж с диском. Широко распространенными являются рекордеры на жестком диске, т. е. винчестере, расширяющие частотный диапазон и динамические характеристики.

Предками HDD– и DVD-рекордеров считаются не видеоплееры, как ложно полагают многие, а пишущие магнитофоны. Эти магнитофоны выполняли функции записи телепередач и копирования видеокассет. Ленточные магнитофоны модернизировались в устройства DVD с дисками. Около 2000 г. появились DVD-рекордеры с жестким диском. В последнее время рекордеры, благодаря своим отличным характеристикам, начали вытеснять DVD-плееры из сегмента домашних кинотеатров. В отличие от плееров рекордеры имеют встроенные жесткий диск, ТВ-тюнер и таймер.

С момента появления рекордеры разрабатывались и осваивались различными компаниями несогласованно, из-за чего на рынке сбыта появились несколько различных типов чистых записываемых дисков. В названии болванки ставится знак плюс или минус. Буква R обозначает однократную запись на данный диск, а буквы RW – многократную перезапись диска. Рекордеры различаются по совместимости с перечисленными стандартами дисков, бывают полностью совместимые и частично совместимые устройства.

С помощью DVD-рекордера можно хранить информацию до 4,7 Гб на диске, а также записывать и копировать диски с фильмами.

Подключение цифровых рекордеров происходит по цифре для передачи аудиоданных на разъем USB, для передачи видео и комбинированных данных на DVI, HDMI. Любой аудио– и видеоматериал можно записать и сохранить в цифровом или аналоговом виде, для этого применяются традиционные и современные устройства и средства. Традиционными считаются аналоговые устройства, а современными – цифровые устройства.

Цифровые рекордеры по характеристикам превосходят аналоговые. Основными считаются универсальность, компактность носителя по соотношению фонового шума и полезного сигнала. Аналоговые средства обладают преимуществом в звучании, так как передают всю точность и духовное наполнение музыкального произведения. В основном все музыкальные партии на студиях звукозаписи записываются с помощью аналоговых средств, а для выпуска компакт-дисков подвергаются впоследствии цифровой обработке.

В состав рекордеров входит жесткий диск, который подчас может быть рассчитан на запись и воспроизведение двухслойных дисков. Запись на жесткий диск проводится в течение 100—130 мин. Если подключить рекордер к дисплею по HDMI с поддержкой HDCP, то можно осуществлять запись и передачу с видеоразрешением в 1080 пикселей.

Самые современные рекордеры не только записывают и воспроизводят аудио– и видеоматериал, но и выполняют показ и редактирование различных изображений, хранят медиабиблиотеки и создают запасные копии дисков.

Релаксатор

Релаксатор – это генератор, электрические негармонические колебания которого обладают широким спектром. Релаксатор также называется релаксационным генератором и генератором электрических негармонических колебаний. Основными элементами релаксатора являются нелинейный элемент и реактивный накопитель энергии. Нелинейный элемент обладает вольтамперной характеристикой, у которой имеется падающий участок. За счет падающего участка нелинейный элемент приобретает гистерезисные свойства. Реактивный накопитель может быть индуктивным или емкостным. За счет наличия гистерезисных свойств две основные стадии работы релаксатора чередуются между собой. Первая стадия представляет собой стадию запаса энергии в накопителе, возникающего от источника постоянного напряжения или тока. Вторая стадия работы релаксатора называется стадией релаксации, при которой накопитель освобождается от некоторой части накопленной энергии. Энергия накопителя рассеивается в нелинейных элементах, которые находятся в активных элементах релаксатора, таких как резистор и т. д.

Релаксаторы используются в устройствах и оборудовании импульсной техники, а также в радиолокационной, радиоизмерительной и телевизионной аппаратуре.

Одной из главных особенностей, характеризующих работу релаксатора, является соизмеримость теряемой и запасенной накопителем энергии. Нелинейными элементами в релаксаторе, как правило, выступают электронные лампы, транзисторы, туннельные диоды, тиристоры, газоразрядные приборы, такие, как неоновые лампы и тиратроны, а также усилительный, транзисторный и ламповый каскады с обратной связью положительного заряда.

Для релаксатора присущ автономный колебательный режим работы. При подобном режиме параметры релаксатора определяют периоды релаксационных колебаний. Стабильность частоты и периода колебаний в релаксаторе, по обыкновению, невысока, поэтому генераторы осуществляют синхронизацию от внешнего воздействующего источника колебаний. При ждущем режиме работы релаксатор включается за счет воздействия внешнего сигнала.

Самыми распространенными релаксаторами являются блокинг-генераторы, мультивибраторы, фантастроны, т. е. генераторы пилообразного напряжения.

Релаксационные генераторы

Релаксационные генераторы – это генераторы, усилительные элементы которых работают в релейном переключательном режиме. К релаксационным генераторам относятся генераторы треугольных и пилообразных колебаний, а также ждущий и автоколебательный вибраторы.

Основным элементом релаксационных генераторов считается триггер Шмитта, который по-другому называется регенеративным компаратором. Этот прибор изготовлен в виде операционного усилителя с резистивной положительной обратной связью.

В релаксационных генераторах колебания возбуждаются и поддерживаются в пассивных цепях. Цепи не обладают некоторыми колебательными свойствами. За каждый колебательный период в генераторе часть колебательной энергии теряется, но потом снова восстанавливается. Длительность периода генерируемых колебаний определяется процессом установления равновесия цепей, т. е. релаксации. Форма колебаний определяется свойствами активного элемента и колебательных цепей. Она может варьироваться от скачкообразных разрывных колебаний до гармонических колебаний. Способность изменять форму колебаний дает возможность применять релаксационный генератор при получении электрических колебаний определенной формы. Это могут быть прямоугольные импульсы, пилообразное напряжение и т. д. Кроме этого, генераторы используются для генерации гармонических колебаний сверхнизких и звуковых частот.

Релаксационным генератором электрических колебаний разрывного типа является мультивибратор. Название его произошло от латинского слова vibro, что означает «колеблю». Термин «мультивибратор» предложил голландский ученый-физик Ван дер Поль. В отличие от моновибратора, каковым является генератор синусоидальных колебаний, название мультивибратора указывает на многочисленность гармоник спектра генерируемых колебаний.

Мультивибраторы бывают симметричными и несимметричными.

В симметричных мультивибраторах длительность рабочих тактов одинакова, в несимметричных мультивибраторах длительность различна. Как правило, самыми распространенными мультивибраторами считаются мультивибраторы, основанные на транзисторах, электронных лампах, интегральных схемах, тиристорах. В устройствах на транзисторах усилители возбуждаются по очереди, такие мультивибраторы называются двухфазовые. В двух периодах времени возбуждается сначала один усилитель, затем другой. Динамическое состояние возбужденного усилителя определяет чередование фаз. Усилитель возбуждается при определенном достаточном количестве напряжения на входе, которое отпирает закрытый транзистор. При использовании усилителями мультивибратора транзисторов разного типа оба возбуждаются одновременно и одновременно в определенный момент времени переходят в невозбужденное состояние. Переход усилителей из возбужденного состояния и наоборот обуславливается соотношением определенных сил токов в базовой и коллекторных цепях. Принцип действия мультивибратора схож с механизмом работы блокинг-генератора.

Мультивибратор выполняет самые различные функции, он выступает в роли генератора или формирователя импульсов, бесконтактного переключателя, делителя частоты и т. д. Подобные устройства используются в вычислительной, измерительной технике, автоматике, реле времени и т. д.

Релаксационные генераторы, а среди них и мультивибратор, работают в ждущем и автоматическом режимах. Когда подается импульс запуска, который является управляющим сигналом, мультивибратор выходит из ждущего режима и генерирует рабочий импульс. После генерации импульса мультивибратор снова переходит в состояние покоя. Подобный режим чаще всего используется при генерировании импульсов, у которых строго обозначена форма. Наряду с двухфазными генераторами существуют также многофазные мультивибраторы. В состав подобных устройств входят резистивные усилители, которых охватывают связи. Одна из них является общей, другая междукаскадной обратной связью. В многофазном мультивибраторе с выходов усилителей получается последовательность сдвинутых импульсов в пространстве и времени. За счет этой характеристики мультивибратор применяется в многоканальных системах передачи, преобразования и отбора информации.

Ретранслятор

Ретранслятор – это устройство, которое принимает радиосигнал на определенной частоте и передает его на другой. Ретранслятор происходит от латинского слова translator, которое переводится как «переносчик». На радиолюбительском жаргоне ретранслятор носит название репитер.

Активный ретранслятор представляет собой приемо-передающую станцию, которая принимает, усиливает и передает дальше радиосигнал. Пассивный ретранслятор является плоским отражателем, спутником связи, зеркальной антенной, поясом иголок и т. д., который рассеивает или отражает радиоволны. Ретранслятор имеет вид двунаправленного усилителя. При помощи направленной внешней антенны усилитель принимает радиосигнал от базовой станции и, усиливая, направляет сигнал к абоненту. Антенна, направленная в сторону базовой станции, называется донорной. Антенна, которая действует в направлении абонентской станции, называется сервисная.

Системы мобильной телефонной связи делятся по своему способу построения на обычные и системы с использованием репитера. В обычных системах устанавливается прямая связь между абонентами на одном определенном канале. Ретрансляторы применяются уже более 50 лет, помогая принимать и передавать радиосигналы в труднодоступных зонах.

Ретрансляторы используют в служебной и любительской связях. Служебные репитеры работают в КВ– и УКВ-диапазонах, а любительские – в диапазоне 145 МГц. Мощность любительского ретранслятора, как правило, равняется 100 Вт.

Репитеры увеличивают зону обслуживания и покрытия сетей беспроводных связей. Они улучшают работу мобильных телефонов в «мертвых» и труднодоступных зонах, таких как подземные гаражи, выставочные залы и другие находящиеся на достаточно удаленном расстоянии объекты. При разговоре абонентов по мобильному телефону осуществляется переход на использование частотных каналов, и тем самым происходит снижение радиуса зоны обслуживания. Базовая станция сети передает недостаточный уровень сигнала, в результате образуются места, где связь или отсутствует, или является крайне неустойчивой. В основном барьером для радиосигналов служат затенения высотных домов или неравномерный рельеф местности. Внутри же помещений стены и перекрытия делают сигнал более слабым или поглощают его совсем. Ретранслятор может решить многие проблемы, принимая и передавая радиосигналы.

По сути, ретранслятор представляет собой разновидность антенного усилителя, его называют усилителем для сотового телефона. Отличие репитера от антенного усилителя состоит в том, что усилитель связан с телефоном по кабелю, а ретранслятор по радиоканалу. При рабочем режиме к приему и передаче сигналов подключаются внешние направленные антенны и внутренние. Внешние антенны крепятся на стенах и крышах зданий, а внутренние направленные антенны устанавливаются внутри зданий. Антенны, которые находятся в здании, ретранслируют радиосигналы от мобильных телефонов, тем самым создавая зону, в которой поддерживается стабильная связь. Ретранслятор обеспечивает работу множества пользователей одновременно. Репитер работает в дуплексном режиме, в котором можно усиливать и передавать сигналы как с первой на вторую линии, так и наоборот. Ретранслятор предназначается для круглосуточной работы без перерывов в закрытых помещениях.

Ретрансляторы устанавливаются не только на суше, но и на водных судах. Они дают возможность экипажу корабля пользоваться мобильной связью не только в морских портах, но и по всей прибрежной акватории.

Ромбическая антенна

Ромбическая антенна – это остронаправленная диапазонная антенна, которая используется для магистральной связи на коротких волнах. Ромбическая антенна является разновидностью антенны бегущей волны.

Она представляет собой рамку, сделанную из проводов, которая имеет форму ромба.

Ромбическая антенна является естественным продолжением модернизации антенны Бевереджа, с улучшенными параметрами и характеристиками. Немного позже антенны Бевереджа появилась антенна, которую сконструировал Г. Айзенберг. Это так называемая двойная ромбическая антенна, состоящая из двух ромбических антенн. Антенны смещены на определенные расстояния как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Ромбическая антенна выполняет функции направленной приемной и передающей антенны для радиовещания и радиосвязи. Работает ромбическая антенна в метровых и дециметровых диапазонах волн. Для нее характерна зависимость коэффициента направленного действия, коэффициента усиления и размеров. Если рассмотреть антенну ближе, то она предстанет симметричной линией, провода которой находятся на сторонах ромба. Линия питания соединена с одним углом, к другому углу подключается активная нагрузка. Сопротивление активной нагрузки равняется волновому сопротивлению линии. Постоянное, не изменяющееся волновое сопротивление обеспечивает антенне режим бегущей волны.

Ромбические антенны выполняются в двух вариантах – оптимальном и неоптимальном. В оптимальной ромбической антенне высота подвешивания равняется длине волны. Сопротивление нагрузки антенны составляет 400 Ом, а КПД достигает 90%. Если переходить на более короткие волны, характеристики антенны останутся постоянными и неизменными. В неоптимальной ромбической антенне половина длины волны превышает сторону ромба, высота ее подвешивания составляет менее четверти длины волны. Неоптимальной она называется потому, что КПД подобной антенны равняется всего 10—20%, а остальные 80% мощности просто рассеиваются на нагрузочном резисторе. Ромбическая антенна не нуждается в настройке, и если имеется в наличии большое количество проводов и подходящая точка опоры для антенны, то она сможет работать во всех любительских диапазонах. Если переходить на верхние диапазоны, то неоптимальная антенна становится оптимальной.

За счет больших размеров и значительной высоты подвеса ромбические антенны вполне подвергаются статическому электричеству и попаданию молнии. Статический заряд, который накапливается в антенне, может прожечь и повредить трансформатор и радиоаппаратуру.

Чтобы снять статический заряд, полотно антенны заземляется через резистор, который может сгореть при попадании в него молнии. Чтобы защитить резистор от перенапряжения, в антенне применяются специальные разрядники, т. е. подстроечные конденсаторы и т. д.

При наличии посторонних предметов в непосредственной близости от ромбической антенны они мало могут повлиять на ее функционирование.

Ромбическая антенна излучает интенсивные электромагнитные волны, которые имеют горизонтальную и вертикальную составляющие.

Между проводами антенного полотна возникает электромагнитное поле, в результате чего антенна наводит токи в горизонтальных и вертикальных проводах. Провода находятся как внутри ромбической антенны, так и на большом расстоянии от нее. Наведение токов в проводах приводит к возникновению радиопомех, от которых избавиться очень трудно. Какова бы ни была стоящая рядом антенна – штыревая, рамочная, дипольная и т. д., из-за ромбической она будет работать плохо. Ромбическая антенна не влияет на работу окружающих антенн только в том случае, когда расстояние от полотна до внутренней антенны меньше длины волны внутренней антенны. Идеальным местом размещения ромбической антенны является пространство, которое свободно от посторонних предметов.

Рупорная антенна

Рупорная антенна – это антенна, которая состоит из металлического рупора и радиоволновода, присоединенного к рупору. Рупорные антенны используются при направленном излучении и приеме радиоволн СВЧ-диапазона.

Кроме этого, рупорные антенны применяются как самостоятельные антенны в устройствах и приборах измерительной техники, спутниках связи и т. д. Диаграмма излучения антенны зависит от распределения поля в наибольшем сечении раструба, т. е. раскрыва рупора. Раскрыв определяется формой и геометрическими размерами поверхностей рупора. По форме различаются секториальный рупор, конический, пирамидальный и т. д. Кроме этого, бывают модификации рупорных антенн, такие как антенны с поверхностью в виде плавной кривой, с гладкой внутренней поверхностью и т. д. Подобные модификации улучшают электрические характеристики рупорной антенны. Они используются для получения диаграммы излучения с низкой мощностью боковых лепестков, с симметричной осью и т. д. Для коррекции свойств направлений рупорной антенны в раскрыв рупора помещают ускоряющие или замедляющие линзы. В частных случаях, чтобы рупорная антенна лучше согласовывалась с радиоволноводом, в них встраивают подстроечные элементы и согласующие секции, при этом рупор имеет параболическую образующую поверхность. Рупор антенны имеет поперечное сечение, которое увеличивается с одного конца раструба до другого. Благодаря сечению создается плавный переход от волновода к свободному пространству волнового сопротивления.

В рупорно-параболической антенне рупор излучает волны, падающие на сегмент параболоида. Отражаясь от сегмента, волны излучаются через раскрыв раструба. Чтобы получить плоские волны, фокус рефлектора должен быть смещен с фазовым центром рупора.

Рупорная антенна работает на прием, она вращается вокруг своей оси, которая располагается перпендикулярно плоскости. В плоскости характеристика направленности снимается. Кристаллический детектор с усилителем подключается к выходу рупорной антенны. При слабых сигналах в детекторе образуется квадратичная вольтамперная характеристика, в связи с этим квадрат напряженности поля соответствует показаниям индикатора. Источником электромагнитных волн является антенна, которая работает на передачу, она стационарна и находится на приличном расстоянии от рупорной антенны. Чтобы снять характеристику направленности антенны, ее поворачивают на определенный угол. После этого показания на приборе, прилегающем к антенне, фиксируются. Антенна поворачивается на угол, и ее данные фиксируются до тех пор, пока рупорная антенна не повернется на 360°, т. е., пока не совершит полный оборот вокруг своей оси.

Сверхвысоких частот техника

Сверхвысоких частот техника – это область науки и техники, которая связана с изучением и применением свойств электромагнитных волн и колебаний в диапазоне 300 МГц – 300 ГГц. Сокращенно техника сверхвысоких частот называется СВЧ-техникой. СВЧ-техника различается по типам решаемых задач и связанным с ними областям использования устройств. Это телевизионные, информационные, радиолокационные, радионавигационные, энергетические, медицинские, биологические и другие области. Системы и устройства СВЧ-техники широко применяются в научных исследованиях, которые проводятся в ядерной физике, радиоспектроскопии, радиоастрономии, физике твердого тела и т. д. Широкий СВЧ-диапазон делится на участки, которые определяются длиной волны. Это могут быть участки миллиметровых, сантиметровых, дециметровых и метровых волн.

В отличие от других подобных устройств устройства сверхвысокочастотной техники обладают определенными специфическими характеристиками. В СВЧ-технике длина волны соразмерна с линейными размерами устройств. Соразмерны также время движения электронов в приборах и период СВЧ-колебаний. Кроме этого, устройства обладают высоким коэффициентом отражения от поверхностей из металла, могут концентрировать СВЧ-энергию в узком электронном луче, имеют большую информационную емкость диапазона и т. д.

Пассивные цепи диапазона СВЧ, которые не содержат источников энергии, имеют вид линий передачи и отрезков линий передачи. Они выполняют функцию коаксиальных и двухпроводных радиоволноводов, с помощью которых приемнику передается электромагнитная энергия. После этого в приемнике выделяются сигналы полезной информации или сигналов СВЧ-энергии. Длина линии передачи или равна длине волны, или превосходит ее.

Волна распространяется в линии одинаково с периодом колебаний СВЧ или быстрее.

Индуктивность, емкость и активное сопротивление линии передачи распределяются вдоль всего проводника, поэтому линии входят в группу цепей с распределенными параметрами.

Сочетания пассивных и активных цепей СВЧ применяются при создании различных устройств, таких как генераторы, усилители, приемники излучения, умножители частоты и т. д. В СВЧ-устройствах используются водородные генераторы, сверхпроводящие резонаторы, в результате чего стала получаться малая относительная нестабильность частоты.

В последнее время стоит вопрос об увеличении надежности и миниатюризации аппаратуры, которая работает в системе невысокого энергетического потенциала. Результатом решения вопроса стало создание полностью полупроводниковых приемных и передающих устройств. Интегральные схемы сверхвысокочастотной техники составляют десятки мкм, их конструируют из элементов цепей, которые состоят из двухпроводных линий.

Масштаб использования СВЧ-техники возрастает, и поэтому повышается уровень СВЧ-энергии на земном шаре, увеличивается локальная интенсивность излучения этой энергии передающими антеннами. Если к антенне подводится высокая СВЧ-мощность, то возникает высокое напряжение, весьма опасное для здоровья и даже жизни людей, находящихся вблизи от источника. Медики учредили специальный раздел гигиены труда, который носит название радиогигиены. Она изучает биологическое влияние радиоизлучений на человека и животных, разрабатывает меры по предотвращению вредных воздействий энергии СВЧ. Для здоровья человека считается безопасным плотность потока мощности поля, равная 100 мВт/см2 в течение 2 часов. В то же время слабые дозы облучения сверхвысокочастотными волнами используются в микроволновой терапии для электролечения.

Свип-генератор

Свип-генератор – это генератор электромагнитных колебаний, частота которых меняется автоматически в определенных пределах. Частота качается возле среднего значения, поэтому колебания носят название качающейся частоты. Название свип-генератора происходит от английского слова sweep, что в переводе означает «непрестанное движение». Свип-генератор используется при настройке и измерении параметров радиотехнической аппаратуры, таких как телевизоры и т. д. В измерительной аппаратуре с помощью свип-генератора регистрируют фазочастотные и амплитудно-частотные характеристики элементов устройств СВЧ. Характеристики исследуемых объектов можно изучать при помощи свип-генератора в совокупности с осциллографом.

Свип-генератор составляют частотный модулятор, задающий генератор, резонансный частотомер и система авторегулирования мощности. Резонансный частотомер, или кварцевый калибратор, применяется при получении на экране осциллографа частотных меток. Свип-генератор позволяет получать качание частоты электромагнитных колебаний разных участков спектра, с диапазоном от нескольких МГц до 100 ГГц.

В последнее время наблюдается тенденция на совмещение в одном генераторе сразу нескольких устройств для компактности и многофункциональности. В частности, генератор сигналов может быть одновременно функциональным генератором, свип-генератором, частотомером и генератором импульсов.

Секам

СЕКАМ – это система цветного телевидения. Впервые СЕКАМ была использована во Франции и называлась Sequentiel couleur a memoire, что в переводе обозначало «последовательный цвет с памятью». По исторически сложившимся обстоятельствам СЕКАМ считается первым европейским стандартом цветного телевизионного вещания. Система цветного телевидения применяется в России, Франции, странах Восточной Европы и во многих странах Африки.

Положительными характеристиками СЕКАМА являются помехоустойчивость и нечувствительность к искажениям фаз. Даже при слабых и искаженных сигналах в системе СЕКАМ сохраняется цветопередача.

Разработкой системы СЕКАМ начал заниматься с 1953 г. французский ученый Анри де Франс. В последующие годы доработка системы производилась российскими и французскими инженерами совместно. С 1967 г. началось регулярное телевизионное вещание по системе СЕКАМ.

Передача сигналов цветности происходит через строку, поочередно. Сигналы цветности пропорциональны цветоразностным сигналам. На цветовых полях яркость цвета является постоянной, поэтому искажения системы СЕКАМ практически не видны. Искажения проявляются только на цветовых переходах, они принимают вид цветной окантовки, тянущихся полос. После темных участков изображения подобная окантовка имеет желтый цвет, а после ярких – синий цвет.

Любая система цветности осуществляет определение кодирования цветовой информации. С возникновением цветного телевидения основной частотой электропитания стала считаться частота, равная 59,94 Гц. Наиболее распространенными системами цветности являются кроме SECAM, еще и PAL, NTSC. В Советском Союзе использовалась только система СЕКАМ, а после 1990-х гг. возникла необходимость совмещать несколько систем цветности. Датчики сигналов всех систем формируют три различных сигнала: красного, зеленого и синего цветов. Те же сигналы в электронных прожекторах телевизионной приемной трубки управляют токами электронных лучей. Любой цветовой тон синего, зеленого или красного цвета можно получить при изменении соотношения сигналов на катодах в кинескопе.

Основными различиями между системами цветного телевидения являются методы получения полного цветного видеосигнала. Видеосигнал модулирует несущую частоту в телевизионном передатчике. Полный цветной видеосигнал получается из сигналов основных цветов. Благодаря видеосигналу в полосе черно-белого сигнала размещается информация о цветном изображении. Чем мельче детали изображения, тем менее кажутся они человеку окрашенными. Эта специфическая особенность человеческого глаза легла в основу уплотнения спектров сигналов. Цветоразностные сигналы получаются за счет вычитания основного цвета сигнала яркости из определенного сигнала. То есть сигналы основных трех цветов генерируются в широкополосный сигнал яркости. Сигнал яркости соответствует видеосигналу черно-белого телевидения, а также преобразуется в узкополосный сигнал, в котором заложена информация о цвете. Во всех системах передаются сигналы яркости и цветоразностные сигналы. Перед тем как сигналы смешиваются, они проходят гамма-коррекцию, восполняющую искажения, которые вызываются нелинейными зависимостями яркого свечения экрана от амплитуды модулирующего сигнала.

Частотная модуляция цветовой поднесущей системы СЕКАМ передает информацию о цвете. Цветовая четкость в два раза хуже, чем четкость PAL. Это происходит из-за того, что сигналы цветности передаются через строку по очереди, а приемник восстанавливает информацию при помощи линии задержки, повторяя информацию из предшествующей строчки.

Шутники расшифровывают аббревиатуру SEKAM как «система, существенно противоположная американской», скорее всего из-за не совсем позитивного отношения стран-производителей Франции и еще СССР к Америке. Система NTSC носит название «постоянно разный цвет», за счет повышенной чувствительности к помехам и проблем цветопередачи. Система PAL переводится «наконец-то картинка», ведь в этой системе проблема защищенности от помех решена полностью.

При проведении сравнения некоторых систем цветности должны учитываться прежде всего важнейшие характеристики: качество цветного изображения, чувствительность к искажениям и помехам и совместимость с черно-белым телевидением.

СЕКАМ, в свою очередь, является совместимой с черно-белым телевидением системой. Она отличается последовательной передачей цветоразностных сигналов при непрерывной работе сигнала яркости. СЕКАМ обладает большим вертикальным разрешением, 625 строк на 50 Гц. Оттенки цвета данной системы очень устойчивы, а насыщенность постоянна. Цветные сигналы подаются по очереди в разное время, поэтому перекрестные искажения совсем не возникают. Отрицательными качествами системы СЕКАМ являются: регулярная шумовая структура, невозможность смешивания цветовых синхронных сигналов, несовместимость эфира и видео и других версий системы.

Селектор каналов

Селектор каналов – это электромагнитный прибор, который реагирует на строго выбранные импульсы постоянного тока. Название «селектор» происходит от латинского слова selectio, что означает «выбор».

В состав различных систем входят как встроенные, носимые, так и монтируемые канальные телевизионные селекторы. Особенно часто подобные селекторы используются в системах, связанных с проведением конференций и семинаров, т. е. в конгресс-системах. Каждый селектор подобной системы имеет показывающий канал, дисплей и мини-разъем для наушников. Канальный селектор программируется, поэтому все настройки легко можно восстановить или изменить.

Селекторы телевизионных каналов используются в бытовой и специализированной технике. В бытовых условиях, как правило, селектором каналов обладают видео– и аудиомагнитофоны, телевизоры. В специализированной технике селектор применяется для работы промышленных видеосистем, различных измерителей и т. д.

Современные селекторы обладают возможностью осуществлять прием сигналов в интервалах частот, которые отведены каналом кабельного телевидения. Каждый селектор принимает разные частоты, поэтому селекторы делятся на всеволновые и кабельные селекторы. Благодаря всеволновым селекторам прием происходит в диапазоне Hyper Band, в котором ведутся передачи кабельного телевидения. За счет кабельных селекторов прием осуществляется в диапазоне дециметровых и метровых волн, кабельных каналов в МВ-диапазоне.

По механизму работы селекторы делятся на селекторы с синтезом частоты и синтезом напряжения, т. е. производящие различные способы настройки на волну передающей станции. В состав селектора с синтезом частоты входит синтезатор частот, микросхема, с помощью которой достигается необходимая четкость настройки на нужный канал. Подобным синтезатором частоты управляет процессор блока управления, находящийся в телевизоре. Различные производители конструируют процессоры управления с разными назначениями байтов информации, что в результате приводит к некоторым трудностям. В селекторах с синтезом частоты производится шаговая, дискретная настройка. Процессор блока управления телевизора формирует напряжение настройки для селектора с синтезом напряжения. Для настройки необходим источник стабильного и высокого напряжения.

Входное сопротивление селекторов, как правило, равняется 75 Ом. Выходные цепи селекторов выполняются как асимметричными, так и симметричными.

Сенситометр

Сенситометр – прибор, измеряющий фотографические свойства светочувствительных материалов, используется для контроля процесса производства фотокиноматериалов и фотоизображений. Работа прибора основывается на науке сенситометрии, появившейся в середине XIX в. Принцип работы прибора состоит в воздействии на фотоматериал последовательных экспозиций, которые дают постоянный спектральный состав экспонирующего света. Результат работы прибора – сенситограмма, т. е. фотографические почернения на фотоматериале. Сенситограмма измеряется при помощи денситометра, и по ней строится характеристическая кривая фотоматериала, которая показывает, как оптическая плотность почернения зависит от логарифма экспозиции. Определяются числовые значения основных свойств фотоматериала: светочувствительности (эффективной и общей), коэффициента контрастности, фотографической широты, оптической плотности фотографической вуали.

Почти все современные сенситометры имеют постоянную выдержку, но изменяют освещенность фотослоя, чтобы изменить экспозицию. Интервал величины выдержки, как правило, составляет 0,02—0,1 или 0,05 с. Лампа накаливания, имеющая цветовую температуру 2850 К, – это источник света, используемый в сенситометре. Жидкостные или стеклянные светофильтры преобразуют излучение лампы в искусственный дневной свет. При помощи нейтральносерого фотометрического клина, расположенного контактно с изучаемым фотоматериалом, изменяют освещенность фотослоя в несколько раз, так как соседние ступени клина имеют различную оптическую плотность. Вещество, из которого состоит клин, поглощает свет, не изменяя его относительный спектральный состав. Как правило, такое вещество – это платиновое покрытие на стекле или кварце, коллоидный графит, высокодисперсное серебро в желатиновом слое.

Для черно-белых фотоматериалов применяется сенситометр, в конструкцию которого входят светофильтры «солнечного» света и светофильтр, определяющий эффективную светочувствительность. Светофильтр – это устройство, которое меняет спектральный состав и энергию света, действие светофильтра основано на оптических параметрах – поглощении, отражении, интерференции, дисперсии света. Для цветных фотоматериалов используется спектросенситометр, сообщающий фотоматериалу дозированные и меняющиеся экспозиции в монохроматическом свете, после измерения на денситометре дают возможность построить монохроматические характеристические кривые спектральной чувствительности.

В конструкцию спектросенситометра входит спектрограф, раскладывающий в спектр излучение источника света. При помощи спектральных призм из стекла определяют спектральную чувствительность фотоматериала в видимом или инфракрасном диапазонах длин волн. При помощи кварцевых призм определяют спектральную чувствительность фотоматериала в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Степень оптической сенсибилизации определяют по кривой спектральной чувствительности. Разрешающую способность фотоматериала определяют по кривой разрешения.

Синтезатор

Синтезатор – это устройство, которое синтезирует звук. Синтезатор ведет свою родословную от электрического органа Хаммонда, который затем модернизировался в различные электронные клавишные инструменты. В настоящее время синтезаторы представляют собой не только выполненные из металлических материалов устройства, но и виртуальные, находящиеся в компьютере приборы. Синтезатор происходит от слова synthesio, что в переводе означает «делаю». В компьютерных адаптерах синтезатором называется часть звуковой платы, которая отвечает за генерирование различных звуков и музыки.

Первый русский синтезатор назывался АНС, в честь великого русского композитора Александра Николаевича Скрябина. Синтезатор использовал оптический метод синтеза, который разрабатывался в 1937—1957 гг. Е. Мурзиным. Синтезатор совмещал в себе три процесса – создание музыки, запись и воспроизведение. Процессы, которые протекали в синтезаторе, «рисовали» музыку. Стеклянные диски с изображениями вращались, на них рисовались звуки, после чего можно было прослушать записанный материал. Первый и единственный синтезатор АНС в настоящее время находится в МГУ им. М. Ломоносова. Он до сих пор функционирует и используется многими известными композиторами.

В различных синтезаторах важной составляющей является огибающая. Это кривая, параметр звучания ноты. Кривая определяет во времени продолжительность атаки, задержки, спада и затухания.

Различаются синтезаторы по способу синтеза. Раньше широко применялся FM-синтез, название которого расшифровывалось как «принцип частотной модуляции». Чипы такого синтеза в настоящее время устанавливаются только на самые дешевые и непрофессиональные синтезаторы. В подобных устройствах генерируются пилообразные, пульсирующие, синусоидные и другие простейшие волны, а затем они подвергаются взаимной модуляции. Самыми распространенными считаются синтезаторы, которые работают по принципу воспроизведения сэмплов, т. е. уже готовых звуков. Сэмплы могут обрабатываться фильтрами, получать дополнительные эффекты и т. д.

Синтезаторы подразделяются на два класса. К первому классу относятся собственно синтезирующие устройства, которые работают по технологии частотного синтеза. Ко второму классу относятся так называемые синтезаторы Wavetable, синтез которых происходит по таблице волн.

В FM-синтезаторах звук генерируется тон-генераторами из набора простейших волн. Взаимная модуляция реализуется простейшими операциями, такими как деление, умножение, сложение, вычитание волн и т. д. Синтезатор, работающий по технологии частотного синтеза, является мощным инструментом. Качество звучания в нем зависит от числа генераторов и количества параметров обработки, т. е. от качества аппаратной реализации. В звуковых адаптерах компьютеров работают FM-синтезаторы с двумя и четырьмя операторами, генераторами, которые снабжены схемой управления амплитудой и частотой сигналов.

Среди достоинств частотного синтеза то, что в нем не требуется память для хранения, потому что отсутствует заранее записанный комплект звуков. Частотный синтез поставляет большое количество различных звуков, гарантирует повтор тембров на звуковых платах. При помощи такого синтезатора можно синтезировать практически любой звук. Для этого необходимо определенное количество операторов и четкое математическое описание. Создать математическую модель естественного звучания инструментов довольно сложно, поэтому частотный синтезатор не эффективно применять при имитации «живого» звучания различных музыкальных инструментов. Из-за этого в звуковых контроллерах синтезатора применяется простая схема с небольшим диапазоном возможных звучаний.

У синтезаторов, которые работают по технологии синтеза на базе таблицы волн, в памяти хранятся сэмплы. В переводе с английского sample переводится как «образец». По своей сути сэмплы являются оцифрованными образцами звучания определенного инструмента. Звук создается на основе преобразований нескольких сэмплов. Подобные устройства называются сэмплирующими синтезаторами, или просто сэмплерами. В зависимости от сложности воспроизводимого инструмента изменяются количество и размеры образцов. Возможности синтезатора позволяют записывать выбранные ноты или даже только начало и конец звука, т. е. использовать не все сэмплы спектра звучания инструментов. Чтобы изменить высоту звука, достаточно воспроизвести определенный сэмпл с отличной от первоначальной скоростью. В новейших моделях сэмплирующих синтезаторов на одну ноту применяются по несколько сэмплов, которые проигрываются поочередно или параллельно. В сэмплерах применяются дополнительные обработки звуков, такие как хорус, модуляция, ревербация и т. д.

В подобных синтезаторах звучание определенного инструмента воссоздается реалистично. Такое звучание зависит от качества и количества записанных сэмплов. Недостатком сэмплеров являются небольшой объем памяти и ограниченность объема размещаемых в ней сэмплов. Но в последнее время в синтезаторах сэмплы или загружаются с жесткого диска в память звукового контроллера, или для подобной работы используется системная память, что весьма облегчает загрузку объемов памяти.

Синхронизирующая приставка

Синхронизирующая приставка – устройство, синхронизирующее работу кинопроекционного аппарата и магнитофона во время демонстрации звукового фильма, имеющего отдельную фонограмму, дающее синхронное воспроизведение звука и изображения, регулирующее скорость воспроизведения звука или проецирование изображения. Синхронность изображения и звука достигается воздействием на лентопротяжный механизм магнитофона или кинопроектора. Синхронизирующее устройство бывает электромеханическое или же электронное автоматическое, обеспечивающее большую синхронность работы магнитофона или кинопроектора, корректирующее движение лентопротяжного механизма при помощи записанных на магнитную ленту сигналов.

Скачковый механизм

Скачковый механизм – устройство, обеспечивающее периодическое, прерывистое перемещение киноленты в фильмовом канале во время проецирования фильма или его съемки и печати. Скачковый механизм – это устройство киносъемочного, кинопроекционного аппарата или кинокопирующей техники. Способ работы устройства состоит в перемещении киноленты на шаг кадра, но в то время, когда лента в покое, осуществляется проецирование изображения при демонстрации фильма или экспонирование светочувствительной кинопленки при съемке фильма или его печати. Вспомогательное устройство, обтюратор (светозатвор), перекрывает поток света при смене кадра. Скачковые механизмы разделяются на два типа по конструкции: мальтийский механизм и грейферный механизм. В мальтийском механизме перемещает киноленту зубчатый барабан, расположенный на валу креста. В грейферном механизме киноленту перемещают лентопротяжные зубья, совершающие движение по замкнутой траектории, которым сообщают это движение кулачковые или кривошипные механизмы. Основные технические показатели скачковых механизмов – это кинематические характеристики (скорость, ускорение лентопротяжного устройства); динамические характеристики (стабильность последовательных кадров в фильмовом канале, световые потери, временная зависимость усилий на лентопродвижение). При проецировании кинофильма разброс последовательности кадров составляет 0,025—0,03 мм, при киносъемке этот показатель 0,01—0,01 мм.

Скиатрон

Скиатрон – это электронно-лучевой прибор. Экран скиатрона при изготовлении покрывается кристаллическим слоем содалита или галогенида щелочного металла.

Скиатрон происходит от греческого слова skia, что в переводе означает «тень». Электронный луч скиатрона оставляет светящийся след на кристаллическом экране. След луча остается на экране и сохраняется некоторое время, примерно несколько суток или даже месяцев. Стирается записанное изображение за счет прогрева экрана в течение нескольких минут. Скиатрон применяется при записи радиолокационных сигналов.

В 1959 г. скиатрон использовался на космическом аппарате «Луна-3», который изучал Луну и космическое пространство. 4 октября автоматическая межпланетная станция была запущена. Уже 7 октября «Луна-3» обогнул Луну и на расстоянии 6200 км начал сеанс фотографирования объекта. Половину поверхности Луны засняли двумя фотографическими аппаратами с коротко– и длиннофокусными объективами. На борту космического аппарата проявили пленки, после чего изображение стало передаваться фототелевизионной системой на Землю. Изображение передавалось аналоговым методом камерой бегущего луча. На Земле принимали изображение несколькими способами: снимали на кинопленку камерой бегущего луча, записывали на магнитную пленку, выводили изображение на термобумагу и фотографировали с экрана скиатрона. Изображение на скиатроне позволило оценить сюжет объекта.

Смеситель

Смеситель – это устройство, смешивающее и коммутирующее водные потоки или фазы сигналов, в зависимости от области применения.

Есть еще одна разновидность смесителей – это устройства, которые используются радиолюбителями. В последнее время они активно модернизируются, разрабатываются смесители с большими динамическими диапазонами, они становятся технологичными и экономичными. По механизму работы смесители представляют собой коммутаторы фаз входного сигнала с определенной частотой сигнала гетеродина. Коммутирующими элементами выступают электронные ключи, диоды или транзисторы. Активные смесители работают только на транзисторах. Смесители делятся на гладкие, ключевые, активные и пассивные. Гладкие смесители зависят от вида сигнала гетеродина, который может быть синусоидальным или прямоугольным. В отличие от пассивных смесителей активные приборы усиливают генерируемый сигнал.

Механизм действия смесителя можно понять, рассмотрев схему работы диодного кольцевого балансного смесителя. Когда полярность двух точек гетеродина положительна, его напряжение открывает диоды. Появляется сигнал, который движется от входа смесителя к его выходу через открытые диоды. Движение продолжается некоторое время, пока напряжение гетеродина не станет отрицательным. После этого открытые диоды закрываются, а до тех пор закрытые, наоборот, открываются. Тот же самый сигнал проходит через другие диоды, на выходе смесителя его фаза изменяется на обратную. В обмотках трансформаторов токи гетеродина направляются в разные стороны, уничтожая друг друга. Остаток сигнала с частотой гетеродина проходит на выход смесителя. Для балансировки смесителя используется переменный резистор, который включается в разрыв обмотки трансформатора. Если функцию диодов выполняют электронные ключи-коммутаторы, то последние весь механизм работы будут выполнять быстрее. Их взаимному проникновению мешают разделенные цепи прохождения и управления.

Сигналами с цифровыми уровнями, которые подаются в противофазе от микросхемы формирователя, управляют электронные ключи. В формирователе сигнала гетеродина величина резистора определяет входное сопротивление. Добиться подавления порядконесущей можно при ослаблении проникновения в коммутирующие цепи управляющего сигнала. В смесителе, который выполняет функции формирователя сигнала, операционный усилитель служит микрофонным усилителем. С конденсаторного электронного микрофона подается на микрофонный усилитель исходный сигнал. Выход операционного усилителя соединяется со входом ключа. Электромеханический фильтр подключается, и его резонансные свойства восстанавливают симметричность горизонтального выходного сигнала. Сигналом управления в такой схеме смесителя-формирователя служит однополярный сигнал с частотой гетеродина, что, несомненно, является достоинством подобной схемы.

Стабилотрон

Стабилотрон – это механически перестраиваемый СВЧ-генератор, стабилизированный по частоте. В состав стабилотрона входят цепь обратной связи и платинотрон. Обратная связь в генераторе происходит за счет частичного отражения энергии колебаний СВЧ, с одной стороны, от делителя мощности, а с другой стороны, от объемного резонатора. СВЧ-колебания стабилотрона возбуждаются в платинотроне. Колебания отражаются на резонансной частоте, а энергия колебаний остальных частот потребляется поглотителем. За счет перемещения поршня резонатора его частота может изменяться. Подстраиванием вращателей фаз достигается наибольшая выходная мощность на всех частотах.

В отличие от магнетрона стабилотрон обладает меньшими уходами частот. Это вызвано изменениями величин температуры внешней среды, анодного тока платинотрона и полезной нагрузки. Используется стабилотрон, как и магнетрон, в микроволновых печах, но гораздо реже, так как в этом генераторе частота перестройки управляется двумя регулирующими органами, что весьма неудобно.

Стереоскопический фотоаппарат

Стереоскопический фотоаппарат – фотографическое устройство, получающее одновременно два снимка одного объекта – стереопару. Имеет два совершенно одинаковых объектива, находящихся на расстоянии стереобазиса – 65 мм. Стереоскопический фотоаппарат – это модификация фотоаппарата.

Стержневая лампа

Стержневая лампа – это сверхминиатюрная приемно-усилительная лампа, которая имеет катоды прямого подогрева. Электроды в стержневой лампе управляют сетками, т. е. электронными потоками. Электроды имеют форму стержней прямоугольного или круглого сечения.

Конструкция стержневых ламп была предложена в 1950-х гг. советским ученым В. Н. Авдеевым. Стержневые лампы широко использовались в 1950-е гг., позднее их заменили транзисторы и другие полупроводниковые приборы.

Стержневые электроды лампы образовывают электростатические линзы, которые улучшают распределение тока в лампе и фокусируют электронный поток. Благодаря подобным характеристикам стержневые лампы способны выполнять работу при малых напряжениях на экранирующей сетке и аноде. Лампы, обладающие слабой мощностью, имеют напряжение от 6 до 60 В, более мощные стержневые лампы – около 120 В. Кроме этого, стержневые лампы могут получать при более экономичном потреблении энергии схожие с электронными лампами характеристики и параметры, с прямым подогревом и навитыми сетками.

Стержневые лампы применяются в малошумящих усилителях промежуточной частоты и высокой, до 200 МГц, частоты. Также лампы используются в гетеродинах, смесителях, выходных усилителях мощности радиостанции, источником питания которой являются аккумуляторы и батареи.

Супергетеродинный радиоприемник

Супергетеродинный радиоприемник – это тип радиоприемника, который основан на принципе генерирования принимаемого сигнала в сигнал промежуточной фиксированной частоты. Название «супергетеродина» происходит от греческого слова dynamis, что в переводе означает «сила».

Способ приема и конструкцию первого супергетеродинного радиоприемника предложили в 1918 г. одновременно американский ученый Э. Армстронг и французский изобретатель Л. Леви.

Механизм действия основывается на преобразовании выходного радиочастотного сигнала в частоту, которая постоянна для данного приемника. После этого на промежуточной частоте основной сигнал усиливается, а мешающие сигналы ослабляются. Основным достоинством супергетеродинного радиоприемника является тот факт, что он достаточно прост при настройке, его усилитель промежуточной частоты не требуется перестраивать, усиление сигнала производится легко. Одним из недостатков считается возникновение зеркальных каналов приема, которые образуются при генерировании частоты.

Радиосигнал из антенны супергетеродинного приемника подается на вход усилителя с высокой частотой. После этого радиосигнал поступает на один вход специального элемента с двумя входами, коим является смеситель. Смеситель проводит операцию генерирования сигнала по частоте. На другой вход с локального генератора малой мощности подается сигнал. Генератором высокой частоты выступает гетеродин. Параллельно с входным контуром смесителя, контурами усилителя высокой частоты перестраивается колебательный контур гетеродина. В результате этого на выходе смесителя образуются сигналы, которые равны разности и сумме принимаемой радиостанции с гетеродином. Фильтр выделяет и усиливает разностный сигнал промежуточной частоты, который поступает на демодулятор. Последний восстанавливает сигнал низкой звуковой частоты. В обычных супергетеродинных радиоприемниках, которые работают в диапазонах коротких, средних и длинных волн, промежуточная частота равняется 455—465 кГц, а в диапазонах ультракоротковолновых – 6,5—10,7 МГц.

Чтобы устранить мешающий входной сигнал, который не подавляется промежуточной частотой и носит название зеркального канала приема, существуют специальные методы. Чтобы уменьшить помехи, используются методы двойного или тройного преобразования частоты. Симметричный зеркальный канал немного отстоит по своей частоте от канала принимаемого сигнала, он располагается симметрично принимаемому радиосигналу. Помехи проходят по побочным каналам и вызывают интерференционные искажения радиосигнала, при слуховом радиоприеме они проявляются как свисты и шумы. Для уменьшения помех от зеркального канала часто применяют метод двойного (или даже тройного) преобразования частоты. Подобные радиоприемники, несмотря на достаточно высокую сложность построения и наладки, стали фактически стандартом в профессиональной и любительской радиосвязи.

В супергетеродинном приемнике применяется гетеродин, который представляет собой ламповый или полупроводниковый генератор электрических колебаний малой мощности. В радиоприемнике, волномере он используется для преобразования частот. Гетеродин образует колебания вспомогательной частоты, смешивающиеся с колебаниями высокой частоты, которые поступают извне.

В результате смешения колебаний получается постоянная промежуточная частота. Гетеродин обязательно должен иметь стабильную частоту и незначительные гармонические колебания.

В супергетеродинных радиоприемниках с однократным преобразованием частоты, после того как был принят сигнал с определенной частотой, он проходит через водную цепь и усилитель частоты. После этого сигнал проходит на смеситель преобразования частоты, где смешивается и преобразуется с колебаниями гетеродина. В супергетеродинных радиоприемниках с многократным преобразованием частоты механизм работы схож с приемником с однократным преобразованием.

Супергетеродинный радиоприемник с однократным преобразованием состоит из усилителя радиочастоты, входной цепи, гетеродина, усилителя промежуточной частоты, смесителя, усилителя низкой звуковой частоты, детектора, антенны. Кроме этого, в состав радиоприемника может входить оконечное устройство, такое как громкоговоритель и т. д.

Для настройки супергетеродинного радиоприемника необходимо лишь установить контуры входной цепи, гетеродина и усилителя радиочастоты.

Супергетеродинные радиоприемники, несмотря на сложность конструкции и настройки, стали общепризнанным стандартом в любительской и профессиональной радиосвязи.

Супериконоскоп

Супериконоскоп – это передающий электронно-лучевой прибор. Название супериконоскопа произошло от слияния слов super, что в переводе с латинского означает «сверху», «над», и греческих слов eikon, что переводится как «изображение» и skopeo – «смотрю». Супериконоскоп накапливает заряд и переносит изображения с фотокатода на диэлектрическую мишень. В результате осуществления вторичной электронной эмиссии на мишени иконоскопа образуется потенциальный рельеф, а также накапливается заряд. Супериконоскоп не обладает высокой чувствительностью, поэтому к 1970-м гг. на телевидении его заменили суперортиконы.

Супериконоскоп был изобретен в 1933 г. советскими изобретателями П. В. Шмаковым и П. В. Тимофеевым. Супериконоскоп состоит из слюдяной пластины, коллектора, двух анодов, мозаичного фотокатода, сигнальной пластины, колбы трубки, резистора, модулятора, отклоняющей системы, оптической системы и катода.

Первоначально супериконоскопу дали название «иконоскоп с переносом изображения», позднее его стали называть «трубкой Шмакова—Тимофеева», «имеджиконоскопом», «эрископом», «суперэмитроном».

Отличием супериконоскопа от простого иконоскопа является тот факт, что светочувствительная мозаика передающей телевизионной трубки заменяется на порядок более чувствительным сплошным фотокатодом. Кроме этого, в супериконоскоп добавилась сплошная мишень, и фотокатод с мишенью стали располагаться раздельно друг от друга в пространстве.

Благодаря вторичной эмиссии, при которой бомбардируются фотоэлектроны, перенося электронное изображение, на мишени супериконоскопа накапливается заряд и образуется потенциальный рельеф. Если освещенность равняется 400—1000 лк, то передача изображения с помощью супериконоскопа осуществляется качественно. Иногда возникает явление, считающееся основным недостатком супериконоскопа. На центральной части изображения появляется сигнал, имеющий вид темного пятна неправильной формы. Это пятно называется «черное пятно», чтобы его устранить или хотя бы ослабить, применяются специализированные корректирующие сигналы.

Действие супериконоскопа основывается на фотоэффекте. Преобразующим светочувствительным элементом при внешнем фотоэффекте выступает фотокатод, испускающий электроны при освещении, при внутреннем фотоэффекте – фоточувствительная мишень. Мишень меняет свою электропроводность при смене освещения. Электронный луч считывает со сверхчувствительного элемента изображение так, что оно раскладывается на некоторое количество строк, которые образуют собой телевизионный растр. Каждая из строк является последовательностью определенного элементарного участка изображения.

Супериконоскоп должен обладать довольно высокой чувствительностью, которая определяется освещением. Освещенность необходима для формирования видеосигнала с требуемым отношением сигнала и шума. Кроме этого, супериконоскоп должен иметь определенную спектральную характеристику сверхчувствительного элемента, передавать достаточное количество ступеней градации полутонов. Разрешающая способность в супериконоскопе должна быть высокой, инерционность малой, он должен удовлетворять требованиям равномерного распределения фона, в нем должны отсутствовать паразитные сигналы и др.

Чувствительность супериконоскопа оказывается недостаточной для получения удовлетворительного видеосигнала при приемлемой освещенности сверхчувствительного элемента. Это происходит из-за малой величины фототока от каждого участка сверхчувствительного элемента. Если использовать электронный умножитель, то тогда чувствительность супериконоскопа увеличивается. Теоретически применение метода накопления заряда увеличивает чувствительность, но на практике эта теория не оправдалась. За счет неудовлетворительной насыщенности фототока чувствительность электронно-лучевого прибора оказывалась в несколько раз меньше, чем по теоретическим расчетам. Сигнал получается удовлетворительным, если освещенность фотокатода равна нескольким десяткам люксов. Повышение чувствительности в дальнейшем получалось благодаря переносу электронного изображения с фотокатода на мишень в ускоряющем электрическом поле. Мишень располагалась на некотором расстоянии от фотокатода и фокусировалась продольным магнитным полем. Заряд, который накапливался в ней, превышал заряд на фотокатоде, удовлетворительный сигнал получался при гораздо меньшей освещенности фотокатода. Кроме супериконоскопа, подобное повышение чувствительности реализовывалось и в суперортиконе. В последнем применялось электронное умножение, которое позволило получить удовлетворительный сигнал при освещенности фотокатода, которая равна 10-3—10-4 лк.

Электронно-лучевые приборы с накоплением заряда обладают относительно высокой чувствительностью. В них находится мишень из полупроводника, который изменяет электропроводность при перемене освещения.

Суперортикон

Суперортикон – это передающий электронно-лучевой прибор, накапливающий заряд. С помощью суперортикона изображение переносится с фотокатода на двустороннюю мишень, после этого изображение считывают медленные электроны, а вторичный электронный умножитель усиливает его. Термин «суперортикон» образован тремя словами: super, которое переводится «сверху», orthos, что означает «прямой» и eikon, т. е. «изображение». Суперортикон являлся одной из самых распространенных телевизионных трубок в 1970-х гг. Основным элементом суперортикона считается двусторонняя мишень, обладающая мелкоструктурной металлической сеткой и проводящей пленкой. Подобную конструкцию телевизионной трубки предложил советский инженер Г. В. Брауде. Механизм работы электронно-лучевого прибора впервые описали в 1946 г. американские изобретатели Х. Лоу, А. Розе и П. Веймер.

Оптическое изображение предмета проецируется на фотокатод, влияя на него квантами света. Ускоряющее поле направляет фотоэлементы, которые испускает фотокатод, на пленку мишени, после чего на поверхности мишени образуются вторичные электроны. Электроны организуют на мишени потенциальный положительный рельеф, который повторяет местонахождение освещенности на фотокатоде. С другой стороны на пленку действует электронный луч, который формирует электронный прожектор. Некоторая часть электронов пучка остается на мишени, другая часть возвращается и образует обратный электронный луч. Потенциальный рельеф модулирует луч, который достигает анода прожектора и выбивает с прожектора вторичные электроны. На коллекторе модулированный ток превышает ток обратного луча более чем в 100 раз. В нагрузочном резисторе образуется выходной сигнал, который снимается с него и подключается к выводу коллектора. Структура изображения на мишени и освещенность определенных участков фотокатода определяют величину сигнала.

Суперортиконы из всех телевизионных трубок являются самыми чувствительными. За счет своих параметров суперортикон может стабильно работать в достаточно широком диапазоне освещенности. Телевизионные трубки, использующиеся на съемках высококачественных передач в студиях, при освещенности фотокатода, равной от 0,1 до 1 лк, обеспечивают отношение сигнала и шума до 100 и выше. Более чувствительные электронно-лучевые приборы работают практически в полной темноте, т. е. освещенность фотокатода равняется 10-7—10-8 лк.

Суперортикон состоит из объектива, телевизионного объекта, пленки мишени, фокусирующего электрода, анода электронного прожектора, ускоряющего электрода, отклоняющей катушки, сетки мишени, термокатода прожектора. Кроме того, в состав телевизионной трубки входят фотокатод, считывающий электронный луч, обратный луч, корректирующая катушка, отклоняющая катушка, фокусирующая катушка, цилиндр вторичного электронного умножителя, коллектор, управляющий электрод прожектора, поток фотоэлектронов, электрод тормозящего поля, диоды.

Суперортикон составляют три секции: секция создания и переноса электронного изображения, секция вторично-электронного усиления и секция коммутации и разряда мишени с помощью луча электронов. Секция создания электронного изображения образуется полупрозрачным фотокатодом на внутренней стороне трубки, ускоряющим электродом и двусторонней мишенью. Областью применения секции коммутации являются медленные электроны. Ее составляют тормозящий электрод и фокусирующий анод, и иногда выравнивающая сетка. Электронный луч прожектора образует на мишени растр за счет отклонения кадровых и строчных катушек. Секция вторичноэлектронного усиления усиливает ту часть тока электронного луча, которая возвращается. В состав секции входят кольцевые электроды умножителя.

Помимо большого количества достоинств суперортикона, телевизионная трубка имеет множество недостатков. Уровень шума в суперортиконе довольно высок, сигнал по растру распределяется неравномерно, прибор недолговечен и обладает высокой чувствительностью к окружающим факторам.

Телевидение

Телевидение – это область техники, науки и культуры, которая связана с трансляцией и приемом зрительной информации на расстоянии за счет радиоэлектронных средств. Термин «телевидение» происходит от греческого слова tele, что в переводе означает «далеко» и латинского слова vizio, что переводится как «видение». В научный обиход этот термин ввел русский инженер К. Д. Перский на парижской конференции в 1900 г.

Телевидение основывается на принципе последовательной передачи разверткой элементов кадра.

В зависимости от плавности передачи движения объектов выбирается частотность смены кадров. Чтобы частотные полосы передачи уменьшились, т. е. сузились, используется черезстрочная развертка.

С начала XX в. многие ученые пытались удачно провести опыты по передаче движущегося объекта, но многочисленные попытки редко венчались успехом. Регулярное телевизионное вещание в Великобритании, а затем во всей Европе началось только 2 ноября 1936 г., а в США лишь 30 апреля 1939 г. Первой телевизионной программой, которую передали по американскому телевидению, стала всемирная ярмарка «Мир завтрашнего дня» в Нью-Йорке. Выступление президента Ф. Рузвельта ознаменовало начало телевещания.

При передаче изображения на расстоянии сначала идет преобразование конкретного изображения в электрические сигналы, затем следует передача сигналов на расстояние и расшифровка сигналов, в результате которой получается первоначальное изображение. Передаваемое изображение делится на большое количество одинаковых темных и светлых элементов, которые располагаются в строгой последовательности. Человеческий глаз устроен таким образом, что на определенном расстоянии не различает находящихся близко друг к другу точек, что способствует восприятию целостной картинки. Телевизионное изображение, которое состоит из микроскопических точек, человек фиксирует как одно сплошное изображение. Световые потоки каждого элемента изображения превращаются в электрический сигнал и передаются на приемные пункты. Чтобы при передаче изображения не потерялись четкость и красочность, передаются сотни тысяч сигналов с элементами изображения.

В кинотеатре изображение передается со скоростью 24 кадра в одну секунду, что воспринимается как непрерывное изображение. В телевидении также электрические сигналы передаются от элементов поочередно в промежуток времени, равный 0,05—0,1 с.

Телевидение, как и радиовещание, является массовым средством распространения информации. Основа трех принципов телевидения – преобразование света в электрические сигналы, передача их по каналам связи и преобразование сигналов в световые импульсы, была заложена еще в конце XIX в.

В 1873 г. У. Смит открыл внутренний фотоэффект, в 1888 г. А. Г. Столетов установил закономерности внешнего фотоэффекта. В 1895 г. А. С. Попов изобрел радио, в 1907 г. Б. Л. Розинг разработал систему, при которой изображение передавалось на расстоянии при использовании электронно-лучевой трубки, и уже через два года доказал на практике свои научные теоретические изыскания.

Первое телевидение передавало яркостную характеристику каждого элемента изображения. В черно-белом телевидении видеосигнал яркости усиливался и преобразовывался. Передавался сигнал по каналу связи, функции которого выполнял радиоканал или кабельный канал. После приема видеосигналов специальным устройством они преобразовывались в однолучевой приемной телевизионной трубке, экран которой покрывается люминофорами с белым свечением.

В отличие от черно-белого в цветном телевидении осуществляется передача не только составляющей яркости, но и информация о цвете каждого элемента изображения. В телевизионной передающей камере находятся три трубки, создающие яркость и цветность сигналов. Это связано с тем фактом, что все природные краски можно передать с помощью трех основных цветов – красного, синего и зеленого. Цветная приемная телевизионная трубка обладает тремя лучами и мозаичным экраном.

Местом рождения электронной телевизионной системы считается не одна страна, а сразу несколько. До сих пор идут жаркие споры на тему, какой же стране принадлежит право называть себя страной-изобретательницей телевидения. Многие отдают предпочтение Германии, Великобритании, Венгрии и даже Узбекистану. Русские историки настаивают на том, что телевидение было изобретено петербургским профессором Б. Л. Розингом, а уже последующее развитие и коммерческое внедрение принадлежит по праву ученику Розинга В. К. Зворыкину. Сам Зворыкин, родившийся в России, свои разработки в области телевидения делал в Америке, поэтому в итоге получилось, что телевидение изобрел американский ученый. Он считается отцом телевидения, хотя сам всю жизнь это отрицал и претендовал только на роль изобретателя кинескопа. Вторым отцом телевидения считается также русский, точнее, белорусский инженер Д. Сарнов. Поворотом в его судьбе стал момент, когда в 1912 г. молодой еще телеграфист Сарнов принял сигналы SOS с тонущего «Титаника». Но на этом его роль в истории не закончилась. Проработав в компании знаменитого Г. Маркони несколько лет, Дэвид заработал много денег и вложил их в телевизионные разработки Зворыкина. Поэтому в 1944 г., когда на первом собрании Общества телевизионных вещателей его назвали отцом телевидения, он не отказался от своего титула. Третьим отцом телевидения, по мнению американцев, считается У. Пейли, также выходец из России. Удачно женившись в США на дочери газетного магната, Пейли стал основателем компании CBS. Изобретение цветного телевидения принадлежит по праву армянскому инженеру О. Адамяну. В 1907 г. он запатентовал аппарат двухцветного телевидения. Это устройство передавало красно-белое изображение по проводам на расстояние 600 км. В нем находились две газосветовые трубки, одна из которых излучала красный свет, другая – белый. В 1925 г. Ованес изобрел трехцветный прибор «эратес», что в переводе с армянского означает «дальновидец». Изображение передавалось вращающимся диском с прорезями, т. е. механическим, а не электронным способом.

Телевизионная антенна

Телевизионная антенна – это антенна, передающая и принимающая сигналы телевизионных вещательных программ, т. е. радиосигналов телевизионного изображения и его звуковой дорожки. Телевизионная антенна имеет вид горизонтального вибратора, такого, как штырь и т. д.

Телевизионные антенны бывают приемные и передающие, работающие в метровом и дециметровом диапазоне. Передающая антенна изготавливается в виде системы горизонтальных вибраторов. Величину коэффициента усиления и форму диаграммы направленности антенны определяют схемой питания и расположением вибраторов. В горизонтальной плоскости диаграмма направленности телевизионной антенны имеет форму круга, а в вертикальной – лепестка, который имеет направление вдоль земной поверхности. В метровом диапазоне используются турникетные антенны при небольших размерах поперечного сечения опоры антенны. В других случаях применяются телевизионные антенны панельного типа, которые собираются из отдельных панелей. Панели образуются вибраторами и несколькими вспомогательными элементами.

В зависимости от формы диаграммы направленности антенны панели размещаются равномерно или хаотично, радиоволны излучаются ими с фазовыми сдвигами. Еще одним видом передающей антенны являются антенны, которые представляют собой радиальные штыри, т. е. штыревые антенны. Штыри в антенне распределены по всей окружности поперечного сечения башни и находятся перпендикулярно ее поверхности.

Телевизионная антенна, принимающая радиосигналы, бывает индивидуального или коллективного вида. Примером индивидуальных антенн могут служить антенны спутниковой связи и телескопические комнатные антенны. Коллективной, как правило, выступает антенна типа волнового канала, обычно с одним направлением и в наружном исполнении. Антенны могут быть много– и одноканальными, широкополосными. Многоканальные телевизионные антенны работают в полосе частот нескольких телевизионных каналов. Линейные или петлевые вибраторы используются в качестве индивидуальных наружных антенн. Они функционируют в метровом диапазоне при плохом приеме, покрывают практически все расстояния от телевизионного центра до антенны при дециметровом приеме. Комнатные телевизионные антенны применяются только в зонах, где прием стабилен. В метровом диапазоне антенной выступают петлевой или линейный вибраторы, настраивать которые можно поворачивая и изменяя положение антенны. Преимущественными в этой области стали ленточная и телескопическая антенны. Для устройства комнатных телевизионных антенн в дециметровом диапазоне чаще всего выбираются антенны типа волновой канал и неперестраиваемые антенны, в которых встроены транзисторные усилители. Усилители объединяют антенны дециметрового и метрового диапазонов.

При скором изготовлении комнатной телевизионной антенны, которая должна работать в метровом диапазоне волн, применяются гетинакс или фольгированный стеклотекстолит. Ненужную фольгу удаляют пассатижами или с помощью ножа. Частотная характеристика антенны легко регулируется благодаря конструкции.

Эфирная телевизионная антенна представляет собой металлическую конструкцию, которая устанавливается на крыше здания и принимает эфирные сигналы. Наземные телевизионные сигналы получаются антенной в пределах видимости телецентра. Качество телевизионного приема зависит от расстояния между антенной и телецентром, помех из-за передающих устройств, рельефа местности и т. д.

Спутниковая антенна состоит из головки приемника и параболического зеркала, т. е. отражающей тарелки. Головка приемника преобразует сигналы. Геостанционные спутники посылают цифровые импульсы на антенны, в результате чего осуществляется прием изображения.

Телевизионная передающая камера

Телевизионная передающая камера – это устройство, преобразующее оптическое изображение объекта в видеосигнал. Видеосигнал при передаче поступает в канал связи или в устройство видеозаписи. Телевизионная передающая камера состоит из передающей телевизионной трубки, объектива, видеоусилителя и генератора разверток. Сокращенно устройство называется телекамерой.

Телевизионные передающие камеры делятся на вещательные камеры и телекамеры для промышленного телевидения. Под вещательными камерами понимаются такие типы камер, как камеры для показа фильмов, дикторские, студийные, внестудийные камеры и т. д. В промышленном телевидении применяются телекамеры подводного телевидения, для космических исследований, для черно-белых и цветных передач и т. д. Телекамеры, которые используются в подводном телевидении, достаточно герметичны, выдерживают разнообразные давления и имеют дополнительные источники освещения для проведения съемок на глубине. Телекамеры, применяющиеся для работы в космосе, способны проводить съемки при любых температурных перепадах, при высоком уровне радиации и даже в абсолютном вакууме. В вещательной телекамере присутствует видоискатель с кинескопом для удобства обслуживания камеры оператором. На экране кинескопа отображается передаваемое телекамерой изображение. Телевизионные передающие камеры, которые предназначены для цветных передач, обязательно имеют дополнительную информацию о цвете определенного участка сцены. В подобных камерах, как правило, содержится три передающие телевизионные трубки, формирующие сигналы. Сигналы соответствуют трем цветам светового потока – зеленому, синему и красному. Разделяет световой поток на цвета, т. е. компоненты, цветоделительная оптическая система. Она представляет собой многогранную призму, которая покрыта либо системой дихронических зеркал, либо дихроническими пленками. Система зеркал находится между светочувствительным элементом передающей телевизионной трубки и объективом. Видеосигналы после передающей телевизионной трубки усиливаются и передаются по кабелю на кодирующее устройство и камерный канал. В этих устройствах формирование телевизионного видеосигнала завершается. Изображения, которые формируются тремя передающими телевизионными трубками, геометрически совмещаются автоматически или вручную в специальных устройствах.

В последнее время телевизионные передающие камеры совершенствуются, масса и габариты уменьшаются, автономность увеличивается. В результате модернизации были созданы цветные телевизионные передающие камеры с одной трубкой и кодирующим оптическим фильтром, их размеры максимально приближены к размерам кинокамер. Автономность телекамер достигается за счет удлинения камерных кабелей. Кроме того, телекамера может представлять собой самостоятельный блок с кодирующим устройством и синхрогенератором. Полный сигнал с телекамеры записывается переносным магнитофоном либо передается по радиоканалу.

В современных телекамерах часто применяются не сами передающие телевизионные трубки, а их аналоги, матричные и однострочные приборы, у которых имеется зарядовая связь. Вариообъектив проецирует изображение объекта на светоделительный блок, разделяющий световой поток на три составляющие. Основным элементом каналов с кадровым переносом зарядов является матрица, которая преобразует распределение светового потока в секцию накопления. В секции накопления находится потенциальный рельеф, который представляет собой поверхностное распределение фотогенерированных носителей заряда. Когда кадровый гасящий импульс движется, зарядное поле перемещается в зоны хранения, в секцию памяти.

Впоследствии заряды построчно переходят из секции памяти в выходной регистр сдвига, а затем к выходному устройству. На выходе матрицы образуется последовательность импульсов, амплитуда которых пропорциональна освещенности элементов накопительной секции. Проще говоря, на выходе матрицы образуется телевизионный сигнал. Развертка изображения, предполагающая перемещение зарядов, производится тактовыми импульсами синхрогенератора.

Телевизионный растр

Телевизионный растр – это совокупность строк воспроизводимого телевизионного изображения. Передаваемое изображение, считываемое с мишени телевизионной передающей трубки, раскладывается на совокупность строк, которые и представляет собой телевизионный растр. Кроме того, при синтезе воспроизводимого изображения на экране приемной телевизионной трубки телевизионный растр составляет телевизионный кадр. При отсутствии изображения телевизионный растр имеет вид светлых линий или светящегося прямоугольника на экране электронно-лучевого прибора. Телевизионный растр, который применяется в вещательном телевидении, изготавливается в форме прямоугольника. Формат растра равен формату телевизионного кадра.

Отрицательными характеристиками телевизионного растра являются те моменты, когда на его краях иногда появляются большие нелинейные искажения. Кроме этого, нестабильность амплитуды импульсов развертки подчас выводит края растра за пределы телевизионного экрана. Чтобы предотвратить подобные явления, края телевизионного растра не включаются в информационное телевизионное поле.

Телевизор

Телевизор – это электронное устройство, принимающее и отображающее телевизионные передачи, а также звук и изображение от приборов видеовоспроизведения. Термин «телевизор» происходит от греческого слова tele, что в переводе означает «далеко», и латинского слова vizo, что переводится как «гляжу».

Радиоволны, которые несут зашифрованные звук и изображения, воздействуют на приемную телевизионную антенну, возбуждая в ней высокочастотные электрические колебания, передающиеся в телевизор по кабелю. Радиоволны звук и изображение передают на разных частотах, поэтому после того как волны усиливаются, они разделяются и движутся уже по отдельным каналам. Волны, которые несут сигналы звукового сопровождения, поступают в звуковой блок. Детектор звука, находящийся в звуковом блоке, преобразует высокочастотные колебания в колебания низкой частоты. После этого колебания движутся через усилитель к динамической головке громкоговорителя. Колебания, несущие сигналы изображений, попадают соответственно в блок изображения. Детектор в этом блоке преобразует высокочастотные колебания в видеосигналы.

Видеосигналы проходят через видеоусилитель на управляющий электрод приемной телевизионной трубки, кинескопа. После этого интенсивность электронного луча изменяется, и изображение воспроизводится на экране.

Развертка изображения, т. е. перемещение электронного луча по кадрам и строчкам приемной телевизионной трубки, происходит благодаря токам пилообразной формы. Токи проходят обмотки кадровых и строчных катушек отклоняющей системы приемной телевизионной трубки. Сила пилообразного тока, в отличие от силы обычного тока, возрастает медленнее, чем падает. В блоке развертки изображения находятся генераторы кадров и строк, которые вырабатывают пилообразный ток.

Электронный луч по экрану начинает двигаться с левого верхнего угла. Вначале он прочерчивает первую строчку, в конце которой быстро возвращается в первоначальное положение и начинает чертить вторую строчку. При этом первая строка опускается немного ниже. Электронный луч пробегает 625 строчек по всему экрану кинескопа. Дойдя до нижнего правого угла, он возвращается в исходное положение.

В блоке изображения телевизора принимаются видеосигналы и преобразуются в синхронизирующие импульсы, после чего движутся в блок развертки. В следующем блоке импульсы управляют генераторами кадров и строк.

В цветном телевизоре, в отличие от черно-белого, находится специальное устройство, которое разделяет принятые видеосигналы на три группы. Каждая группа сигналов соответствует своему цвету – красному, зеленому или синему. Сигналы подаются к цветной приемной телевизионной трубке и образуют на ее экране красочное изображение.

Первые изобретенные телевизоры выпускались с механической разверткой. Вскоре начали производиться черно-белые телевизоры с электронной разверткой, в которых электронно-лучевая трубка исполняла роль источника изображения.

Основными блоками аналогового телевизора середины XX столетия выступали блок радиоканала, блок цветности, блок питания, блок строчной и кадровой развертки. Кроме этого, телевизор состоял из детекторов изображения и звука, усилителя изображения, усилителя звука, электронно-лучевой трубки и селектора каналов. Селектор выделял сигнал определенного канала и преобразовывал частоту канала в стандартную промежуточную.

До 1990-х гг. телевизоры изготавливались только с электронно-лучевой трубкой. С 1990-х гг. появились проекционные телевизоры, основывающиеся на микромеханическом оптическом модуляторе и телевизоре с жидкокристаллическими дисплеями. Телевизоры, базирующиеся на матрицах из дискретных светодиодов или с плазменными панелями, предоставляют зрителям большой формат изображения. Размер экранов современных телевизоров может равняться нескольким метрам. В последнее время происходит вытеснения с рынков продаж аналоговых телевизоров цифровыми телевизорами.

В Москве в 1931—1941 гг. было всего 30 телевизоров, находящихся преимущественно в Кремлевском ареале. Телевизионные передачи передавала студия малострочного механического телевидения. Первоначально по телевидению транслировались портреты руководителей правительства и партии, лозунги и плакаты. Затем начали приглашать знаменитых актеров и спортсменов. Для нормальной передачи изображения лица посетителей красили зеленой краской. Фотоэлементы телевизионной камеры были очень чувствительны к сочетанию красок, и если бы цвета лиц не менялись, то на экране появлялись бы полосы и пятна. Более того, лица людей ужасно искажались: на женских лицах вырастали бороды, форма лиц изменялась и т. д.

Первая телевизионная реклама появилась на экранах телевизоров 1 июля 1934 г. В Америке зрители целых десять секунд могли любоваться часами фирмы «Булова». Первая реклама обошлась рекламодателям всего в девять долларов.

В 1930-е гг., когда во Франции стали транслироваться первые телевизионные передачи, зрители наблюдали выступления кабаре и номера цирка. В Советском Союзе регулярное электронное вещание началось 10 марта 1939 г. с фильма о XVIII съезде ВКП(б).

В 1960-е гг. французскими властями запрещалось давать рекламу кинофильмов, детских игрушек, грампластинок, сигарет, алкоголя и любых других способов проведения досуга. Первой иностранной рекламой, которую могли наблюдать советские телезрители, был ролик 1988 г., в котором Майкл Джексон рекламировал «Пепси-Колу».

Интересна история, произошедшая в Англии во время Второй мировой войны. Власти предположили, что телевизионные антенны могут стать стратегическими ориентирами для вражеской авиации. Телевизионной компании дали всего десять минут для прекращения вещания. По телевидению в это время транслировался мультипликационный фильм про Микки Мауса, последними словами которого были: «Ну, кажется, всем пора по домам». Эти слова вошли в историю: после высказывания мышонка телевизионные передачи прекратились на целых семь лет.

Телекинопроектор

Телекинопроектор – это устройство, передающее изображения, которые зафиксированы на кинопленке, по телевидению.

Телекинопроектор составляют оптико-электронное считывающее устройство и лентопротяжной механизм. Оптико-электронное устройство считывает киноизображения в кинопроекторе и преобразует его в видеосигналы, которые передаются затем по сети телевизионного вещания. Другое название телекинопроектора – телекинопередатчик. На сегодняшний день телекинопроекторы передают и черно-белые, и цветные передачи.

Телекинопроекторы делятся на устройство с разверткой изображения световым бегущим пятном, и устройство, преобразующее световое изображение в сигнал. Первое устройство носит название камеры с бегущим лучом, второе устройство преобразует изображение видеосигнала с помощью передающих телевизионных трубок. В преобразующих телекинопередатчиках находится цветоделительная оптическая система, содержащая дихроические призмы или зеркала. Оптическая система, в совокупности со световыми фильтрами, разделяет световой поток на три составляющих синего, красного и зеленого цветов. Цветоделительная система проецирует изображения кадров фильма на элементы передающих телевизионных трубок, которые чувствительны к свету. Передающими трубками чаще всего выступают такие трубки, как видикон и плюмбикон. В камерах с бегущим лучом изображение с кинопленки считывается световым лучом. Луч формируется световым пятном и проецируется на плоскость кинопленки. А световое пятно, в свою очередь, образуется на экране электронно-лучевой трубки, т. е. проекционного кинескопа. Световой луч проходит поочередно различные участки кинопленки с оптической плотностью, затем модулируется и делится на три луча, преобразующиеся при помощи фотоэлектронных умножителей в видеосигналы. Сигналы усиливаются и становятся полными телевизионными сигналами.

В последнее время учеными разрабатываются телекинопроекторы, в которых применяются принципы развертки передаваемого изображения с комбинированным лазерным лучом. Кроме этого, световой сигнал в них преобразуется в электрический, который использует растровые линейки с фоточувствительными элементами.

Телеобъектив

Телеобъектив – фотографический объектив длиннофокусный, но отличающийся от других длиннофокусных объективов уменьшенным расстоянием от поверхности первой линзы до задней фокальной плоскости. Его конструкция дает возможность уменьшить размеры фотокинокамеры. При помощи таких телеобъективов осуществляют крупномасштабную съемку дальних объективов и съемку портретов. Конструкция телеобъектива – это система линз, в которой одна группа линз положительная, другая – отрицательная. Основная характеристика телеобъективов – коэффициент укороченности от первой поверхности до задней фокальной плоскости.

Телескопическая антенна

Телескопическая антенна – это передающая или приемная антенна.

Антенна представляет собой устройство, излучающее и принимающее электромагнитные волны. По своей конструкции антенна имеет вид колебательного контура.

В зависимости от диапазона принимаемых и передаваемых волн, а также от предназначения антенны она может выполняться в виде рупора, штыря, спирали, рамки, отрезка провода и т. д.

Телескопические антенны в основном применяются в совокупности с приемопередающими станциями переносного типа или стационарными на движущихся объектах, автомобилях и т. п., радиоприемниками, телевизорами. Кроме того, телескопические антенны применяются в качестве телевизионных комнатных антенн.

Принимающие и излучающие элементы телескопической антенны, такие как плечи вибраторов, изготавливаются как раздвижная система металлических трубок с одинаковой длиной. Это необходимо для удобства изменения длины элементов при настройке, а также для уменьшения размеров при хранении, транспортировке и других нерабочих состояниях.

В системе трубок телескопической антенны у каждой наружной трубки внутренний диаметр равняется внешнему диаметру внутренней выдвигаемой трубки. При составлении трубок одна в другую происходит некоторое трение, обеспечивающее электрический контакт и сохраняющее необходимую длину каждого элемента телескопической антенны при тряске, вибрации и других рабочих условиях и состояниях. При определенных обстоятельствах рабочее положение трубок телескопической антенны фиксируется с помощью пружин, цанговых зажимов и т. д.

Транзистор

Транзистор – это полупроводниковый прибор, который используется в качестве усилителя электрических сигналов. Транзистор происходит от двух английских слов transfer, что в переводе означает «переносить», и resistor, что переводится как «сопротивление». Применяется транзистор в электронике и радиотехнике. Примерно с 1970-х гг. транзисторы вытеснили электронные лампы из радиоприборов.

Первые транзисторы были сконструированы в 1940-х гг. Одними из первых изобрели точечные транзисторы. Подобные приборы состояли из двух тонких бронзовых остриев, которые располагались близко друг к другу, и германиевого кристалла, обладавшего n-проводимостью. Острия из бронзы находили опору в кристалле, и одно из них выступало в роли эмиттера, а другое выполняло функции коллектора. При изготовлении транзистора сквозь острия пропускался ток с силой, которая равнялась 1 А, вследствие чего германий расплавлялся.

В 1946 г. группой ученых под руководством У. Шокли в лаборатории «Белл Телефон» проводились теоретические и практические исследования физических процессов, связанных с полупроводниками и электрической проводимостью. В результате экспериментов были изобретены транзисторы, т. е. трехэлектродные полупроводниковые приборы.

В биполярных транзисторах применялись разнополярные носители: положительные «дырки» и отрицательные электроны. Название биполярных приборов произошло от латинского слова bis, что означает «дважды». В работе униполярных транзисторов участвовали либо однополярные транзисторы, либо «дырки», либо электроны. Управление подобным транзистором осуществляет электрическое поле, которое создается напряжением входного сигнала. Название униполярных транзисторов образовано латинским словом unus, что переводится как «один». Каждый из перечисленных транзисторов обладает вторым названием: биполярный называют обычным, а униполярный – полевым транзистором.

Полевой транзистор впервые был изобретен 23 декабря 1947 г. учеными Бардиным и Браттейном. В июле следующего года информацию об изобретении напечатали в журнале «The Physical Review».

Транзистор применял открытый принцип, основанный на использовании полупроводника как основного элемента. Полупроводниковый прибор мог быть использован в качестве усилителя, генератора и других устройств, в которых до этого употреблялись вакуумные электронные лампы.

Эмиттер и коллектор транзистора представляли собой выпрямители с точечным контактом, расположенные на верхней поверхности. Третий электрод транзистора имеет большую площадь и малый радиус, находится на базе. Точечные контакты сделаны из фосфорной бронзы или вольфрама. Каждый подобный точечный контакт в совокупности с электродом основы входит в состав выпрямителя с высоким обратным сопротивлением. По отношению к объему кристалла направление тока считается прямым. Ток создают дырки, представляющие собой носители с противоположным знаком по отношению к тем носителям, которые находятся в избытке внутри объема германия. Если к точечным контактам поступает постоянное напряжение, а сами контакты находятся на близком расстоянии друг от друга, то они непосредственно влияют друг на друга. К эмиттеру прикладывается положительное напряжение, вызывающее небольшой ток. К коллектору прикладывается обратное эмиттеру напряжение, равняющееся эмиттеру или превышающее его. Отрицательный знак коллектора притягивает дырки эмиттера, вследствие этого ток эмиттера проходит через коллектор.

Трансфокатор

Трансфокатор – оптическая система, состоящая из объектива и телескопической насадки, имеющая переменное фокусное расстояние. Изменение масштаба изображения объектива получается при перемещении элементов телескопической насадки, что изменяет фокусное расстояние, но относительное отверстие постоянно. Трансфокатор используется как киносъемочный объектив. Такие телескопические насадки могут устанавливаться на разные объективы.

Трансформатор

Трансформатор – это прибор, который понижает или повышает напряжение переменного электрического тока. В переводе с латинского transformare означает «преобразовывать». В состав трансформатора входит сердечник, который выплавляется из электротехнической листовой стали с несколькими обмотками. Трансформаторы по назначению делятся на осветительные, измерительные, силовые и регулирующие приборы.

Первый трансформатор был изобретен в 1876 г. русским электротехником Павлом Николаевичем Яблочковым.

В состав трансформатора входят катушки, или обмотки, которые намотаны изолированным проводом на каркас. Катушки размещаются на сердечнике трансформатора, изготавливаемого из тонких стальных пластин. Первичная катушка перегоняет переменный электрический ток, который создает вокруг катушки и сердечника переменное магнитное поле. Поле пересекается со вторичной катушкой и возбуждает в ней переменную электродвижущую силу. Переменный ток может образоваться в замкнутой цепи, если к выводам вторичной катушки будет подключена лампа накаливания. Электрическая энергия за счет переменного магнитного поля, которое связывает катушки, передается из одной трансформаторной катушки в другую без какого-либо соприкосновения и соединения. При наличии в обеих катушках одинакового количества витков во вторичной катушке будет такое же напряжение, как и в первичной катушке. Если на первичной катушке ток напряжения будет равен 220 В, то и на вторичной катушке возникнет аналогичный ток. Если катушки отличаются друг от друга, то, соответственно, токи напряжения будут расходиться. В трансформаторе, в котором напряжение электрического тока повышается, напряжение на вторичной катушке будет больше из-за большего числа витков на ней.

В трансформаторе, понижающем напряжение электрического тока, первичная катушка содержит больше витков, поэтому напряжение вторичной катушки будет меньшим.

Трансформаторы широко используются как в быту, так и в промышленности. Силовые электрические трансформаторы передают переменный ток на большое расстояние. Линии электропередачи позволяют передавать ток с малыми потерями энергии. Генераторы электростанции вырабатывают напряжение переменного тока, оно повышается трансформаторами до напряжения, равного около нескольких сотен тысяч вольт. После этого переменный ток по линиям электропередачи расходится по разным направлениям. В том месте, где энергия потребляется, опять же трансформаторы понижают напряжение переменного тока.

Чтобы мощные трансформаторы не сильно нагревались при работе, применяется система охлаждения. Она представляет собой специальные баки с минеральным маслом, куда ставятся трансформаторы. За счет этого нагрев катушек и сердечника уменьшается. Электрический трансформатор в совокупности с системой охлаждения имеет большие размеры. Высота такого сооружения достигает пару метров, а масса становится около сотни тонн.

В телевизорах, радиоприемниках, магнитофонах и телефонных аппаратах также присутствуют трансформаторы, но только гораздо меньшего размера. Подобные приборы называются трансформаторы-карлики.

Они получают одновременно несколько напряжений, которые питают цепи различных устройств. Кроме этого, мини-трансформаторы передают сигналы от одного каскада к другому, от одной электрической цепи, к другой и т. д. Трансформаторы также разделяют электрические цепи.

Трюкмашина

Трюкмашина – установка, состоящая из нескольких киносъемочных аппаратов, создает комбинированные кадры фильма. Способ ее работы основан на совмещении нескольких изображений, что осуществляется использованием двух кинопроекторов, расположенных под углом (тогда в фильмовый канал киносъемочного аппарата изображение направляет светоделительная система – полупрозрачная призма), или кинопроекционного аппарата, имеющего два фильмовых канала, которые находятся на одной оптической оси (в фильмовый канал киносъемочного аппарата изображения из двух фильмовых каналов кинопроектора направляются вместе). На светочувствительный слой кинопленки, находящейся в фильмовом канале киносъемочного аппарата, проецируется изображение с одного или нескольких негативов (позитивов). Совмещение нескольких изображений осуществляется комбинированием способов проецирования. При изменении положения элементов трюкмашины, направления, скорости движения лентопротяжных механизмов, использовании разных светофильтров также осуществляется комбинированное изображение.

При помощи трюкмашины происходит и печать комбинированных кадров, изменение размера изображения, скорости и направления движения объекта в кадре.

Фазированная антенная решетка

Фазированная антенная решетка – это антенная решетка, в которой присутствуют управляемые фазы или фазовые сдвиги. Фазы принимают волны элементами решетки, или же излучают их своими излучателями. При хорошей управляемости фаз формируется должная диаграмма направленности фазированной антенной решетки, а также изменяется направление луча неподвижной решетки и осуществляется быстрое качание луча. Кроме этого, за счет управляемости фаз изменяется интенсивность боковых лепестков, ширина луча и другие формы диаграммы направленности. Благодаря подобным свойствам, совмещенным с современными средствами автоматики, фазированные антенные решетки достаточно перспективны, они широко применяются в радионавигации, радиосвязи, радиоастрономии и радиолокации. Антенные решетки с большим количеством управляемых элементов составляют стационарные и подвижные, наземные и воздушные, корабельные, космические и авиационные радиоустройства. Теория и техника фазированных антенных решеток и по сей день является интересным научным исследованием, не потерявшим свою актуальность.

Фазированную антенную решетку составляют излучающие элементы, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга в одной плоскости. С элементами соединяются сигналы микроволнового диапазона, которые совпадают по своей фазе и имеют равные амплитуды. Генерируется сигнал микроволнового диапазона задающим генератором, усиливают его лампы бегущей волны и транзисторы.

Формы и размеры антенных решеток зависят от типа используемых излучателей и их расположения. Сектор качания луча решетки, т. е. сканирования, определяет диаграмма направленности излучателей. В тех антенных решетках, где происходит широкоугольное сканирование, применяются симметричные, несимметричные вибраторы с несколькими рефлекторами, рупорные, логопериодические, щелевые, спиральные антенны и другие слабонаправленные излучатели. Фазированные решетки больших габаритов составляют, как правило, несколько малых решеток. Диаграмма направленности модулей, т. е. малых фазированных решеток, соответствует направлению луча всей большой фазированной антенной решетки. Остронаправленные антенны с механическим поворотом выполняют функции излучателей, если допустимо медленное лучевое отклонение. Если необходимо отклонение всей фазированной решетки на большой угол, то поворачиваются все антенны.

В 1960—1970-е гг. стали использоваться первые радиолокационные станции, применявшие фазированные антенные решетки. Первоначально решетки использовались в военных целях.

Фазированные антенные решетки представляют собой усовершенствованную модель плоских решеток. В подобных решетках из-за постоянства фаз микроволн луч постоянен как по форме, так и по направлению. При изменении фаз меняются и форма с направлением луча. Если фазы изменяются электроникой, то изменение происходит в считаные секунды. В основном это происходит под управлением шифтера, устройства, меняющего фазы микроволн. Компьютер управляет микроволнами, которые проходят сквозь шифтер. За счет применения компьютера вся плоская решетка становится антенной, у которой форма луча и его направленность программируемы.

Управляемые электроникой фазированные решетки применялись в больших стационарных радарах и небольших радарах противовоздушной обороны.

Широкое применение фазированных антенных решеток в военных, промышленных и других областях объясняется тем, что фазированные антенны выполняли работу сразу нескольких антенн. Узкие лучи фазированной решетки применялись для сопровождения, широкие при поиске, плоские веерообразные определяли высоту, узкие направленные лучи использовались для полетов по ландшафту. Другими положительными характеристиками фазированной решетки были дозволенность размещения нуля, т. е. позволение блокировать волну глушения от попадания в радиоприемник, а также автоматическая направленность антенны в направлении цели.

Стоимость фазированной антенной решетки зависит от количества излучающих элементов, чем их меньше, тем скорее стоимость снижается. В радиолокационной технике, как правило, используются антенные решетки с большим количеством излучающих элементов. Небольшая решетка имеет широкий, мало сфокусированный луч. Маленькая площадь такой фазированной решетки снижает чувствительность к отраженным сигналам, широкий луч способствует уменьшению разрешающей способности по угловым координатам. Если не требуется наблюдать за большим воздушным пространством, недостатки малой фазированной решетки компенсируются за счет присоединения ее к большому рефлектору.

У фазированных антенных решеток имеются ограничения. Диапазон углов отклонения луча ограничен, пределом считается 45—60° от вертикальной антенной плоскости. Если луч отклоняется к меньшим углам, работа решетки значительно ухудшается.

Важными направлениями развития фазированных антенных решеток считаются активное внедрение фазированных решеток с большим количеством элементов в радиотехнические устройства, разработка новых моделей элементов, особенно для активных фазированных решеток. Активные решетки делятся на передающую, приемную с фазированием в гетеродинных цепях и приемную с фазированием в трактах с промежуточной частотой. Структурная система подобной решетки представляет собой систему, которая состоит из усилителя мощности, излучателя, возбудителя, гетеродина, фазовращателя, суммирующего устройства, смесителя и усилителя промежуточной частоты.

Еще одним важным направлением развития фазированных решеток является развитие способов построения фазированных антенных решеток с большими раскрывами, эквидистантных и неэквидистантных с антеннами, которые расположены в пределах земного полушария, а также дальнейшее исследование методов и технических средств, которые ослабляют вредные влияния взаимосвязи между элементами фазированной антенной решетки.

Фазированные антенные решетки за последнее время широко распространились во многих странах мира. Антенной решеткой оборудованы радиолокационные станции в Швеции, Италии, Израиле, Великобритании и других странах.

Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма – это диаграмма состояния, которая характеризует состояние системы при различном давлении и температуре. Диаграммы показывают фазы, существующие при различных условиях. Фазовая диаграмма графически отображает физико-техническую систему при определенных условиях, которые отвечают координатам фигуративной точки. Фигуративная точка представляет собой точку, которая рассматривается на диаграмме. Фазой называется часть системы, которая обладает одинаковыми физическими свойствами и отделена поверхностью раздела от других частей системы. Лед, находящийся в воде, представляется как твердая и жидкая фазы.

При построении фазовой диаграммы обычно используются определенные координаты, т. е. термодинамические параметры и состав системы в процентах. Диаграмма, находящаяся в однокомпонентной системе, является двумерной, в двухкомпонентной – трехмерной. Количество компонентов на единицу, как правило, является меньшим по отношению к числу координат. Количество измерений диаграммы равняется количеству компонентов тогда, когда в конденсированных системах не учитываются изменения фазовых равновесий давления. Получается, что диаграмма конденсированной двухкомпонентной системы является двумерной, трехкомпонентной системы является трехмерной и т. д. Если фазовая диаграмма сложна, то ее рассматривают как проекцию или сечение.

По правилам фаз однофазная область двумерной диаграммы окружается полем, двухфазная область описывается линией или несколькими параллельными линиями, трехфазная – горизонталью или точкой. Для параллельных линий составы равновесных фаз фиксируются на диаграмме с участием состава.

Фазовые диаграммы бывают: диаграммы однокомпонентных систем, бинарных систем, диаграммы с политермическими сечениями и изомерическими сечениями. Кроме того, различают диаграммы типа температура-давление, температура-состав, диаграммы сечения и проекции бинарных систем и т. д.

По своему построению фазовые диаграммы делятся на динамические и статические. Динамические фазовые диаграммы конструируются с помощью визуального термического и дифференциального термического анализов. Статические диаграммы основываются на локальном рентгеноспектральном и рентгенофазовом анализах.

Фазовращатель

Фазовращатель – это устройство, элемент тракта СВЧ, которое служит для изменения фаз электромагнитных колебаний. Фазовращатель используется в измерительной и преобразовательной технике, а также в автоматике. Конструкция фазовращателя изменяется в зависимости от предназначенного диапазона частот, пределов фазовых изменений и точности установки устройства. Фазовращатель, использующийся в диапазоне радиочастот и на низких частотах, представляет собой четырехполюсник. Четырехполюсник состоит из индуктивности, емкости и сопротивления.

Фазовращатель применяется в системах с большим количеством потребителей, чтобы обеспечить необходимое распределение фаз к сигналам, а также в радиосистемных фидерах, выравнивая электрические длины фидера. Кроме этого, фазовращатель используется в фазированных антенных решетках, различных когерентных радиосистемах и других устройствах сверхвысоких частот техники.

Фазовращатели по типу волн делятся на проходные и отражательные. По физическому принципу различаются механические, электромеханические и электрические устройства. По изменению фазы фазовращатели бывают с дискретным изменением или плавным изменением.

Простейшим фазовращателем является цепь, двигающая фазы, которую составляют катушка индуктивности и резистор или конденсатор и резистор. Подобный фазовращатель применяется при фазовом сдвиге, который равен 0—90°. Более сложным по конструкции считается фазовращатель, имеющий вид мостовой цепи с конденсатором и тремя резисторами. Если выходной сигнал мало изменчив, то резисторы и конденсатор регулируют сдвиг фаз от 0 до 180°. Ламповый, или транзисторный мостовой фазовращатель составляет фазоинвертор с разделенной нагрузкой, за счет которого фаза сдвигается на 180°. Все фазовые сдвиги в любых фазовращателях зависят от частоты. И только в следящем фазовращателе при отклонении сдвига от определенного положения параметры меняются автоматически, уменьшая отклонение.

В цепи переменного тока с промышленной частотой фазы регулирует вращающийся трансформатор, сельсина, и, кроме того, асинхронные электродвигатели с тремя фазами, у которого ротор заторможен. В коротковолновых диапазонах и диапазоне дециметровых волн применяются фазовращатели, которые изготавливаются из волноводов и нескольких отрезков коаксиальных линий. Фаза устанавливается с погрешностью, зависящей от вида фазовращателя. В электронных устройствах погрешность составляет 0,05—0,1°, в электромеханических устройствах – 0,5—1°.

В фазовращателях СВЧ фаза электромагнитных колебаний изменяется на выходе передачи СВЧ, это могут быть радиоволновод или полосковая линия. Выходная фаза изменяется относительно входной фазы колебаний за счет перемены электрической длины линии. Подобные фазовращатели делятся на регулируемые и нерегулируемые.

Регулируемый фазовращатель представляет собой участок фидера, который вносит сдвиг фазы на конкретной частоте или полосе частот, регулируемый по необходимости. Функции регулируемого фазовращателя с механическим или электромеханическим управлением сдвигом фазы выполняют раздвижная секция, отрезок волновода, сжимная секция и мостовой фазовращатель. Один из них имеет вид раздвижной секции коаксиальной линии, которая может регулироваться. Также к подобному типу относится волноводный диэлектрический фазовращатель, выглядящий как отрезок волновода. Отрезок содержит в себе перемещаемую диэлектрическую пластину, управление фазовым сдвигом основывается на изменении положения пластины из диэлектрика и фазовой скорости волны. Сжимная секция, или отрезок волновода прямоугольной формы, имеет узкие стенки с упругими подвесками, которые изменяют ширину волновода. Мостовой фазовращатель представляет собой волноводное или коаксиальное устройство СВЧ с несколькими плечами. Мостовой фазовращатель снабжен двумя короткозамкнутыми шлейфами, которые одинаково изменяются по своей длине и считаются направленными ответвителями. К регулируемым фазовращателям с электрическим управлением относятся фазовращатель с ферритовыми устройствами, полупроводниковыми элементами, плазменными устройствами и с сегнетоэлектриком. Работа фазовращателей с ферритовыми устройствами базируется на взаимодействии магнитных моментов ферритовых подрешеток с электромагнитными волнами.

Ферритовые взаимные фазовращатели обеспечивают одинаковый сдвиг фаз во всех направлениях распространения волн.

Ферритовые невзаимные фазовращатели имеют вид гиратора. Фазовращателями с полупроводниковыми элементами являются варикапы, а самыми перспективными считаются фазовращатели с полупроводниковыми диодами р-i-n-структуры, которые применяются как коммутационные элементы.

Полупроводниковые диоды изменяют сдвиг фазы ступенчато, используя прямое изменение или подключение к линии набора шлейфов через диоды.

Нерегулируемый фазовращатель представляет собой калиброванный по фазе отрезок фидера, который реализует сдвиг фазы, подбирая значение длины, размеров поперечного сечения или проницаемости диэлектриков.

Ферритовая антенна

Ферритовая антенна – это магнитная антенна, имеющая ферритовый сердечник. Благодаря высокой магнитной восприимчивости ферритов размеры ферритовой антенны гораздо меньше рамочной антенны, если учесть, что индуктируемые электродвижущие силы в них одинаковы.

Приемная ферритовая антенна используется при приеме электромагнитных волн. Условия приема – расстояние до 300 км, прогрессивное движение, при наличии коротких остановок прием осуществляется дуплексной или симплексной работой. Ферритовая антенна представляет собой прямоугольный блок, у которого имеется диэлектрический кожух. С внутренней стороны кожуха к его основанию прикреплены два стержня из феррита, которые собираются из колец, вместе с катушками индуктивности. Катушки являются в данной конструкции магнитоприемниками. Между ферритовыми стержнями располагается блок, настраивающий антенну с усилителем. На антенном кожухе находятся разъемы для подключения антенны с приемником, а также для управления настройкой и подключения питания усилителя.

Приемная ферритовая антенна имеет вид симметричной рамочной антенны. Ее антенный контур должен находиться в резонансе с набором конденсаторов. Симметричный усилитель усиливает принимаемый сигнал и согласует высокоомный контур с низкоомным входом принимающего устройства антенны. Высокочастотные реле подключают конденсаторы к работе.

В ферритовой антенне поддиапазоны могут настраиваться либо ручным, либо автоматическими способами.

Фильмоскоп

Фильмоскоп – устройство, демонстрирующее неподвижное изображение диафильма, проецирующее его на экран. Диафильм – последовательность позитивных изображений на черно-белой и цветной кинопленке.

Фильтр электрический

Фильтр электрический – это электрическое устройство, которое выделяет определенные составляющие, другие же составляющие не пропускает на вход. Электрические колебания подаются на вход фильтра, который из всего спектра колебаний выделяет и пропускает только те составляющие, которые располагаются в заданной области частот.

Электрические фильтры применяются в радиоустройствах, радиоизмерительной технике, автоматических устройствах, телемеханике, системах многоканальной связи и т. д. Ареалом деятельности фильтра являются приборы и устройства, в которых электрические сигналы передаются наряду с мешающими сигналами и шумами, отличными по частоте. Кроме этого, фильтры используются при сглаживании импульсов выпрямленного тока в выпрямителях тока. В электрическом фильтре присутствуют полоса пропускания и полоса задерживания. Полоса пропускания представляет собой частотную область с составляющими, которые пропускаются фильтром. Полоса задерживания, наоборот, является областью частот, где составляющие задерживаются.

Электрический фильтр вносит затухания в составляющие электрических колебаний. Его фильтрующие свойства определяются именно относительной величиной подобного затухания. Фильтрующие свойства выражены сильнее тогда, когда различий в полосах затухания и пропускания становится больше. Электрические фильтры зависят от кривой затухания частоты, делятся на фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые, режекторные и фазовые фильтры. Фильтры нижних частот пропускают низкие колебания и задерживают колебания высоких частот.

У фильтров верхних частот другой принцип действия – они являются пропускающими колебания выше определенной границы и задерживающими колебания ниже данной границы. Полосовые фильтры, или полосно-пропускающие, выделяют колебания в определенном интервале частот. Режекторные фильтры, или полосно-задерживающие, по своим характеристикам частоты являются обратными полосовым фильтрам. Фазовый фильтр пропускает все частоты сигнала с одинаковым усилением, а затем меняет фазу сигнала при изменении задержки частотного пропускания.

Конструкцию и механизм работы электрических фильтров определяет рабочий диапазон частот, а также вид характеристики частоты. LC-фильтры чаще всего используются в частотном диапазоне от единиц кГц до десятков МГц. Подобные фильтры включают в себя электрические конденсаторы и катушки индуктивности, т. е. дискретные элементы. RC-фильтры получили распространение в диапазоне от единиц Гц до десятков и даже сотен кГц. Активные и пассивные RC-фильтры состоят из конденсаторов и резисторов. Активные электрические фильтры используют усилитель электрических колебаний. И LC-фильтры, и RC-фильтры основываются на применении зависимости индуктивного и емкостного сопротивления от частоты переменного тока. Электротепловые фильтры фильтруют сигнал с частотой несколько долей Гц. По своей конструкции электротепловые фильтры имеют вид стержня с источником тепла и термоэлектрическим преобразователем. В основу электромеханических фильтров входят цилиндрические, камертонные, пластинчатые, дисковые и гантельные резонаторы. Электромеханические фильтры используются в диапазоне от единиц кГц до 100 Мгц. Пьезокварцевые фильтры работают на конденсаторах и катушках индуктивности в сочетании с кварцевыми резонаторами. В монолитных многорезонаторных пьезокварцевых фильтрах резонаторы связываются между собой акустическими волнами. В фильтрах частотного диапазона от нескольких единиц МГц до десятков МГц используются объемные акустические волны. В фильтрах диапазоном от нескольких МГц до единиц ГГц применяются поверхностные акустические волны.

Цифровые фильтры изготавливаются, как правило, на основе интегральных схем. В СВЧ-технике электрические фильтры реализуются из отрезков полосковых линий, металлических радиоволноводов, коаксиальных кабелей и других линий передач. Электрические фильтры из полосковых резонаторов, такие как шпилечные, ступенчатые, встречно-стержневые и гребенчатые фильтры, работают в диапазоне от 100 МГц до 10 ГГц. Гребенчатый или шпилечный фильтры состоят из корпуса, штепсельного разъема, подстроечных конденсаторов и резонаторов. Волноводные электрические фильтры имеют вид волноводной секции с повышенной критической частотой или с резонансными диафрагмами. Волноводные фильтры распространены в диапазоне от нескольких единиц ГГц до нескольких десятков ГГц.

Фонограф

(см. «Магнитофон»)

Фонограф – прибор, предназначенный механически осуществлять звукозапись и звуковоспроизведение. Принцип звукозаписи состоит в движении резца-иглы, которая связана с мембраной, и вырезании винтовой канавки с переменной глубиной на фольге, которой обернут цилиндрический валик. Как правило, фольга бывает оловянная или вместо нее используется покрытая воском бумажная лента. Принцип звуковоспроизведения осуществляется движением иглы по канавке и путем совершения механических колебаний, которые сообщаются связанной с иглой мембране, и она при этом производит звук. Первый фонограф изобрел в 1877 г. Т. А. Эдисон. Он послужил началом к созданию граммофона или патефона и также использовался как диктофон. Но с 1940-х гг. на смену этим устройствам пришли более совершенные и эффективные электромагнитные устройства для записи и воспроизведения звука, такие как магнитофон и электрофон.

Фотографический увеличитель

Фотографический увеличитель – устройство оптико-механическое, проецирующее на фотобумагу увеличенное изображение негатива при процессе фотопечати. Конструкция увеличителя включает осветитель, держатель негатива, проекционный объектив, экран, вертикальную штангу. Принцип действия устройства основан на прохождении светового потока, созданного осветителем, через негатив и направлении его в объектив. Объектив создает изображение кадра негатива на светочувствительном слое фотобумаги, которая находится на экране. И в светочувствительном слое появляется скрытое фотографическое изображение. Оно проявляется, фиксируется и становится позитивным – видимым. При помощи фотографического увеличителя возможна печать и с диапозитива, а также проецирование диапозитива на проекционный экран. Осветитель фотографического увеличителя – это матовая лампа накаливания, за которой находится сферический отражатель, увеличивающий световой поток, направленный лампой к негативу, для увеличения его освещенности. Концентрирует световой поток линзовый конденсор. Держатель негатива – это две планки с кадровым окном и приспособление, направляющее фотопленку. Все эти приспособления – объектив, осветитель и держатель негатива объединены в единую проекционную головку. От фокусного расстояния объектива зависит размер изображения, полученного на фотобумаге, размер этот также зависит и от расстояния между экраном и негативом, оно изменяется при движении проекционной головки по вертикальной штанге. Проекционная головка также поворачивается на 180° вокруг вертикальной оси, это необходимо, чтобы спроецировать изображение на пол, когда осуществляется печать увеличенного масштаба. Проекционная головка поворачивается и на 90° вокруг горизонтальной оси, когда изображение проецируется на стену. Проекционная головка имеет приспособление для размещения в нем коррекционных светофильтров, которые необходимы для получения цветных фотографий. Для улучшения фокусировки объектива используют целевое приспособление. Фототаймер осуществляет автоматическое включение лампы, экспонометр определяет и устанавливает экспозицию при фотопечати, цветокорректор подбирает светофильтры.

Фоторужье

Фоторужье – фотоаппарат с длиннофокусным телеобъективом.

Держатель объектива имеет вид ружейной ложи и снабжен приспособлением для фокусировки объектива и спуска фотозатвора. При съемке держатель жестко фиксирует положение фоторужья. При помощи фоторужья осуществляется съемка дальних или труднодоступных объектов, например диких животных, не допускающих к себе близко, поэтому съемка таким фоторужьем называется фотоохотой.

Фоторужье.

Фототрансформатор

Фототрансформатор – прибор, преобразующий фотоснимки, которые сняты при наклонном положении оси фотоаппарата, в горизонтальный снимок необходимого масштаба, что используется при производстве фотоплана. Изображение снимка, полученное на экране, не отличается от горизонтального снимка, если положение объектива находится в вертикальной плоскости, если экран к ней перпендикулярен, если снимок, экран и главная плоскость объектива пересекаются по одной прямой. Чтобы обеспечить эти условия, фототрансформатор имеет приспособления-инвенсоры, сокращающие элементы, устанавливаемые в фототрансформаторе. Это изображение после получения на экране фиксируется на фотобумаге.

Фотоэлектрический экспонометр

Фотоэлектрический экспонометр – прибор, определяющий освещенность объекта съемки фотоэлектрическими приемниками света – фоторезисторами или фотоэлементами. Они включены в цепь индикатора тока, представляющего собой гальванометр стрелочного типа. Угол отклонения гальванометра пропорционален току в цепи фотоприемника, этот угол отклонения и размер светового потока, идущего на светоприемную площадку фотоприемника, определяют освещенность объекта съемки. Показания стрелки гальванометра переходят на калькулятор, который показывает экспозиционные параметры. Индикатор тока – это светодиод, который включен в мостовую цепь. Видоискатель дает возможность наблюдать объект и определяет его освещенность. Конструкция фотоэлектрического экспонометра включает пластиковый корпус, на котором и внутри которого находятся элементы прибора: шкала измерителя, шкала светочувствительности фотоматериала, вспомогательная шкала калькулятора, шкала частот киносъемки, шкала значений диафрагмы, шкала выдержек, стрелка гальванометра, входное окно фотоэлектрического экспонометра. Существуют и экспонометры, вмонтированные в киносъемочные аппараты и связанные с механизмом диафрагмы. Но также бывают и фотоэлектрические экспонометры, калькулятор которых расположен на корпусе киносъемочного аппарата, и такие экспонометры самостоятельны.

Хромоскоп

Хромоскоп – прибор, дающий цветное изображение. Действие прибора основано на оптическом совмещении двух или трех цветоделенных черно-белых фотографических изображений, которые освещаются через специальные светофильтры, имеющие разную окраску. Впервые такой прибор был сделан в 1862 г. во Франции. Его конструктор – ученый Л. Дюко дю Орон. Этот прибор он использовал при печати цветных фотографий. Хромоскоп выделяет детали изображения, которые одновременно присутствуют на всех изображениях, которые совмещаются и не выявляются при обычной съемке в свете сплошного спектра, так как коэффициенты изображения зависят от длины световой волны. Работа прибора основана на цветоделении, при котором происходит разделение излучения спектрального состава, который отражает или испускает объект киносъемки. Излучение раскладывается на спектральные диапазоны, которые соответствуют зонам спектральной чувствительности слоев цветофотографического материала, и количество диапазонов равняется числу таких элементарных слоев, обычно их бывает три. Таким образом, получается комплект одноцветных изображений на многослойном материале. Такие изображения называются цветоделенными негативами. Цветоделение происходит при помощи селективно поглощающих сред светофильтров или красителей в элементарных слоях фотоматериала. Хромоскопы используются в спектрозональной аэрофотосъемке, в спектрозональной фотографии на черно-белой фотопленке, в микрофотосъемке в ультрафиолетовой области спектра.

Хронизатор

Хронизатор – это электронное устройство, которое задает временные характеристики импульсов. Импульсы жестко стабилизированы во времени. Примером подобных импульсов могут служить импульсы запускающие, отчетные, которые применяются в радиолокации, электросвязи и телевизионных передающих станциях. Название хронизатора происходит от греческого слова chronos, что в переводе означает «время».

Хронизатор обеспечивает протекание нескольких процессов синхронно, порядок очередности процессов подчиняется временным соотношениям. В радиолокационных станциях хронизатор синхронизирует излучение сигналов радиопередатчиками, запирание приемного устройства на время работы передатчиков, а также запуск индикаторных разверток во время приема сигналов и т. д. В телеметрической, импульсной многоканальной связи и других информационных системах хронизатор расставляет жестко по времени маркеры слов, адресов, информационные символы цифровой передачи и другие сигналы.

Хронизатор составляет генератор стабильных частотных колебаний, такой как молекулярный генератор, кварцевый и т. д. Колебания генератора синхронизируют процесс, создают метки местного времени. Колебания применяются непосредственно с выхода генератора или после преобразования их в импульсы или колебания определенных частот, амплитуды и фазы.

Цветное телевидение

Цветное телевидение – это телевидение, в котором одновременно передается информация яркости и цвета изображения. Цветное телевидение доносит до зрителя богатство красок, делая восприятие изображения более полным.

Механизм передачи цветных изображений основывается на теории трех компонентов цветового зрения человека. Оптически многообразие природных цветов можно воспроизвести тремя основными цветами: красным, синим и зеленым. За счет этого в цветной передающей телекамере при помощи трех световых фильтров создаются три одноцветных оптических изображения объекта. Изображения создаются на светочувствительной мишени передающей телевизионной трубки. Телевизионный сигнал формируется и передается в канал связи цветного телевидения благодаря методам кодирования цветовой информации. В цветном телевизоре с помощью декодирования видеосигнал выделяется из телевизионного сигнала. Поступая на приемную телевизионную трубку, видеосигнал начинает управлять яркостью свечения люминофоров.

Самым распространенным считается трехцветный кинескоп с тремя лучами и теневой маской, в котором видеосигналы подаются в одно время на модуляторы трех электронных прожекторов. Амплитуда видеосигналов изменяется и вместе с ней изменяется ток электронных лучей. Люминофоры, как правило, наносятся на экран цветной приемной телевизионной трубки мозаичными кружками, которые образуют группы триад. В каждой триаде находится три кружка люминофоров, светящихся своим цветом под действием электронных лучей. Каждый люминофор светится либо красным, либо синим, либо зеленым светом. Чтобы цвет на экране правильно воспроизвелся, в канале передачи устанавливается матричный цветокорректор, который преобразует линейные видеосигналы в сигналы основных цветов приемника.

Русским инженером И. А. Адамианом в 1907—1908 гг. был предложен метод передачи цветовых кадров. Через 17 лет он же предложил систему телевидения с тремя цветами и последовательной передачей цветовых полей. Поля передавались развертывающим диском П. Нипкова. Второй проект Адамиана технически реализовал в 1928 г. англичанин Дж. Бэрдом. В США в 1929 г. ученые лаборатории «American telephone and telegraph company» продемонстрировали одновременную систему цветного телевидения с механической разверткой. Передача сигналов в системе осуществлялась с помощью трех независимых каналов. В том же году советский инженер Ю. С. Волков использовал в приемнике цветного телевидения электронно-лучевую трубку с тремя экранами. Полупрозрачные зеркала оптически совмещали три цветовых изображения.

Американская радиовещательная компания «Columbia Broadcasting System» разработала последовательную систему цветного телевидения электронного типа. В 1951—1953 гг. в США ее использовали как стандартную систему телевизионного вещания. В СССР система, аналогичная американской, была разработана в 1948—1953 гг. По данной системе телевизионное вещание производилось в Москве. В 1953—1956 гг. Америка, Канада и Япония перешли на телевещание по системе NTSC. В 1958 г. советские ученые создали цветное телевидение с квадратурной модуляцией цветовой поднесущей, которая была совместима с черно-белым телевидением. Во Франции в 1966 г. инженеры создали советско-французскую систему SECAM, которая уже в следующем году была введена в эксплуатацию в обеих странах. С 1967 г. цветное вещание получило распространение в ФРГ, Нидерландах, Великобритании, странах Западной Европы. В Германии в 1962—1966 гг. была создана система PAL.

После того как цветное вещание пришло на смену черно-белому, начались разработки систем цветного стереоскопического телевидения. Технические средства, устройства цветного телевидения начинают все масштабнее использоваться в промышленном телевидении и других областях применения. Цветное телевидение используется в космических исследованиях, помогает наблюдать за стыковкой космических кораблей, состоянием космонавтов, передает из космоса цветные изображения различных космических объектов и поверхностей Земли и т. д. В медицине цветное телевидение применяется при демонстрации хирургических операций, эндоскопии и т. д. Кроме этого, цветное вещание широко применяется в металлургии, химии, физике и т. д. Распространяется как профессиональная, так и любительская видеосъемка, организуется выпуск цветных видеозаписей, производство приставок к телевизору и др.

Советское телевидение почти сразу же после разработки нового принципа вещания полностью перешло на цветное телевидение. Выпускались студийное и внестудийное оборудование для цветного вещания, расширялась территория работы цветного телевидения.

В цветном телевидении решались такие проблемы, как переход на однолучевую приемную телевизионную трубку в сочетании с однотрубочной передающей камерой. В стереоцветном телевидении искались методы сужения частотной полосы, разрабатывались системы передачи изображений с двумя и более позициями, т. е. многопозиционные системы, разрабатывались методы голографического телевидения и т. д.

Циркулятор

Циркулятор – это многополюсное, многоплечевое устройство, которое может пропускать электромагнитные волны в одних направлениях и задерживать или вовсе не пропускать в других. Высокочастотная энергия электромагнитных колебаний подается на одно из определенных плеч, после чего она передается в другое плечо по порядку очередности.

Циркуляторы бывают электронными и ферритовыми. Электронные устройства изготавливаются на основе активных фазовращателей. Фазовращатели в циркуляторе способны создавать необратимые фазовые сдвиги. Подобные устройства состоят из диодов, резисторов, транзисторов, т. е. дискретных элементов. Электронные циркуляторы с тремя плечами используются в частотном диапазоне от нескольких единиц МГц до десятков МГц. В ферритовых циркуляторах расстановка действий между соответствующими плечами происходит за счет поляризационных и других подобных явлений.

Поляризация возникает в результате взаимодействия поля СВЧ с магнитным полем намагниченных ферритов. Намагниченные ферриты, взаимодействуя с полем, создают или невзаимные фазовые сдвиги, или поворот плоскости поляризации, или комбинацию волн, распространяющихся только в одном плече циркулятора.

Ферритовые циркуляторы разделяются на несколько типов. К первому типу относятся фазовые циркуляторы с сосредоточенными параметрами, которые используются в частотном диапазоне от нескольких сотен МГц до тысяч МГц. В подобных устройствах невзаимный фазовый сдвиг происходит за счет системы индуктивно связанных между собой витков и намагниченного образца, состоящего из ферритов. Ко второму типу относятся устройства, которые изготавливаются либо из полосковых линий, либо из разветвленных круглых или прямоугольных радиоволноводов. Такие циркуляторы обладают распределенными параметрами и применяются в диапазоне частот от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч МГц. Примером могут служить поляризационный и фазовый циркуляторы. В состав подобных устройств входят два невзаимных ферритовых фазовращателя и два волноводных моста.

Самыми перспективными считаются ферритовые циркуляторы. Они выполняют функцию коммутаторов, при изменении направления постоянного магнитного поля изменяют порядок следования плеч на противоположный. Ферритовые циркуляторы применяются также в антенно-фидерных трактах, они подключают и переключают антенну или модуль фазированной антенной решетки из режима приема в режим передачи и наоборот. Одно из плеч ферритового циркулятора содержит поглощающую нагрузку, поэтому все устройство перевоплощается в разновидность электрического вентиля. Несколько последовательно соединенных циркуляторов образуют каскадные соединения, с помощью которых получается устройство с любым заданным количеством плеч. Каскадные системы, сочетаясь с полосно-пропускающими электрическими фильтрами, формируют устройства для разделения или сложения сигналов с различными несущими частотами. При сложении или разделении сигналов применяются минимальное количество электрических фильтров.

Цифровое телевидение

Цифровое телевидение – это модель передачи транслятором аудио– и видеосигналов телевизору. В цифровом телевидении применяются сжатие и цифровая модуляция для передачи данных. Основным стандартом современного цифрового телевидения является сжатие MPEG. Европейским стандартом цифрового телевидения считается DVB, американским – ATSC, японским – ISDB. Первый в мире цифровой аппаратно-студийный блок был изготовлен в 1983 г. и показан на международной выставке «Телеком-83» в Женеве, а затем на выставке «Связь-86» в Москве.

В последнее время очень популярно цифровое спутниковое телевидение. Основными достоинствами такого телевидения являются независимая антенна, монтирующаяся за окном пользователя, кабель которой идет от антенны до ресивера непосредственно. Благодаря независимой антенне пользователю нет необходимости подключаться к эфирному телевидению или к кабельной сети. Каналы спутникового телевидения могут удовлетворять вкус и желания любых пользователей из-за своей тематической градации. Цифровой формат вещания позволяет передавать изображение с высоким качеством изображения и стереозвука. Передачи по спутниковому телевидению осуществляются без вмешательства рекламных роликов, что является большим достоинством спутникового телевидения. Спутниковое телевидение представляет собой систему передачи за счет искусственного спутника Земли, который располагается на геостационарной орбите над экватором. В состав системы, принимающей спутниковые каналы, входят тюнер, т. е. спутниковый приемник, спутниковая антенна, кронштейн, кабель и конвертор.

MPEG, мировой стандарт сжатия расшифровывается как «Moving Picture Experts Group», что в переводе с английского означает группу специалистов в подчинении ISO, которая собирается вместе для установления стандартов сжатия цифровых аудио– и видеозаписей. Первое собрание группы произошло в Ганновере в 1988 г. Группа стандартизировала несколько стандартов сжатия: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7 и MPEG-21. MPEG-1 является исходным стандартом аудио– и видеокомпрессий, применялся как стандарт Video CD. В стандарт также включается Layer 3, или MP3, который представляет собой формат сжатия звуков. MPEG-2 применяется в цифровом телевидении, цифровом кабельном телевидении и цифровых спутниковых телевизионных службах. Он является транспортным, аудио– и видеостандартом, необходимым для телевидения с широким вещанием. MPEG-3 первоначально предназначался для HDTV, но его функции отлично выполнял MPEG-2, и поэтому стандарт MPEG-3 оказался не слишком популярным и востребованным. Стандарт MPEG-4 поддерживает аудио– и видеообъекты, сжимает DRM.

Стандарт MPEG-7 не является модернизированным стандартом сжатия, он описывает разнообразные языки описания, считается формальной системой, описывающей мультимедийный контент. MPEG-21 описывает мультимедийную среду обработки.

DVB является системой европейских стандартов цифрового телевидения. Он способен определять физический и канальный уровни в телевизионной вещательной системе.

За счет синхронного параллельного интерфейса устройства вступают во взаимодействие с физическим уровнем. Данные передаются с определенными ограничениями в транспортном потоке стандарта MPEG-2.

Цифровой сигнал доставляется с помощью DVB-T , DVB-H, DVB-S и DVB-C. DVB-T является средой наземного вещания. DVB-H представляет собой среду вещания портативных устройств. Среда DVB-S выполняет функции спутникового вещания. Среда DVB-C – кабельного вещания.

Декодеры могут принадлежать только одной системе и не использоваться другой, так как существует разница в способах модуляции декодеров и в каналах частоты.

Кабельное цифровое телевидение первоначально называлось «Community Antenna Television», что в переводе с английского означает «телевидение с общей антенной». Оно представляет собой модель телевизионного или радиовещания.

Телевизионный сигнал в кабельном телевидении распространяется высокочастотными сигналами, которые передаются по кабелю пользователя. Такая модель телевизионного вещания противостоит как спутниковому, так и наземному телевещанию. Первоначально основой кабельных сетей выступал коаксиальный кабель, затем оптоволоконный кабель.

Цокль

Цокль – это система, быстро соединяющая лампы накаливания. В 1909 г. Т. Эдисон разработал первый цокль (цоколь). Большие цоколи используются для мощных ламп в уличных фонарях. От типа цоколя зависят компактные люминесцентные лампы, устанавливающиеся в патрон лампы накаливания. Типы цоколей бывают G24Q1, G24Q2, G24Q3 и G23.

Цокольные гнезда в компактных лампах, устойчивых к механическим повреждениям, не сложны при монтаже.

В итнегрированных компактных лампах, устанавливающихся в стандартный патрон, цоколь имеет определенную резьбу. Подобная резьба позволяет осуществлять монтаж лампы в обычный патрон. Только пусковая часть имеет довольно большие размеры, что не способствует проведению монтажа лампочки в некоторые настенные светильники.

В некоторых цоколях ламп находится стартер, поэтому для подключения лампы нужен дополнительно только дроссель. Цокольные гнезда настольных ламп для светильников в ванных и душевых комнатах имеют специальные отверстия для проведения монтажа в стандартные светильники на стену.

В лампах, у которых нет встроенного стартера, гнездо цоколя крепится шурупами или непосредственно на купол, в результате чего монтаж значительно упрощается. Подобные лампы используются в бытовых и промышленных светильниках.

В Америке, как правило, применяются цоколи E17, E12 и E10. Цоколи E17 используются в настольных лампах. Цоколи E12 типа «миньон» применяются в свечеобразных лампах. Цоколи E10 используются в электрических гирляндах.

Штатив

Штатив – устройство, на котором устанавливаются во время съемки фото– и киносъемочные аппараты. Это устройство, как правило, имеет вид треножника, сделанного из металла или дерева.

Фото– или киноаппарат укрепляют на этом треножнике при помощи хвостовика, который ввинчивается в резьбовое гнездо в нижней части кино-фотоаппаратов. Штативы имеют подвижную головку, при помощи которой фото– и киноаппараты устанавливают в различных необходимых положениях относительно вертикальной оси. Существуют и подвижные головки, которые дают возможность вести панорамную съемку. Существуют модификации штативов – наплечные, которые надеваются на плечи оператора во время ручной киносъемки, или же штативы применяются как передвижное устройство.

Штатив.

Штекер

Штекер – это устройство, которое используется при подключении антенного входа телевизора к телевизионной розетке.

Чтобы произвести монтаж телевизионной сети при пользовании коллективной эфирной антенной, необходимо выполнить ряд операций с применением штекера. Антенна, установленная, как правило, на крыше многоэтажного дома, принимает видеосигнал, который движется по магистральному телевизионному кабелю до распределительной коробки. Подобные коробки находятся на каждом этаже и имеют несколько, примерно четыре, абонентских отводов. Для каждой отдельной квартиры предназначена своя клемма абонентского отвода. При монтаже и прокладке телевизионного коаксиального кабеля центральный провод присоединяется с помощью винта к определенному абонентскому отводу. На распределительной коробке находится металлическая пластинка, к которой скобкой крепится металлическая оплетка кабеля. Чтобы качество телевизионного изображения было высоким, необходимо выполнение двух условий: длина кабеля не должна быть максимальной и число разветвлений к телевизорам должно быть предельно малым. Именно эти параметры определяют степень затухания видеосигнала, который поступает на экран телевизора. Степень затухания измеряется в децибелах. Если видеосигнал обладает слишком большой мощностью, превышает стандартные 60—80 дБ, то изображение становится рваным и невнятным, вместо голосов и музыки появляется гудящий звук. Если же сила видеосигнала меньше 60 дБ, то цвет на экране телевизора пропадает, появляется рябь, возникает шумовой фон.

Чтобы провести монтаж, необходимы телевизионные розетки, кабельный разветвитель, усилитель видеосигнала, несколько телевизионных штекеров, телевизионный кабель, молоток, отвертка, дрель и т. д.

Конечные розетки устанавливаются на окончаниях ответвлений телевизионной сети. С помощью соединительного кабеля телевизор подключается к телесети. Один штекер располагается в телевизионной розетке, другой – в антенном гнезде. Штекеры устанавливаются на соединительном кабеле механическим способом или при помощи пайки. Колпачок штекера одевается первоначально, затем подворачиваются оплетка кабеля и экран, после этого совершается механическое крепление.

Штыревая антенна

Штыревая антенна – это несимметричный вибратор, который представляет собой жесткий металлический стержень. Штыревая антенна применяется в области радиовещания и радиосвязи.

Штыревые антенны, работающие в диапазонах коротких волн, используются в портативных и носимых комплектах вместе с автоматическим или ручным тюнером. Антенны могут быть различной длины (1—3 м) и могут иметь разное количество секций (2—6). Высокоэффективные штыревые антенны применяются в лесистых и труднопроходимых местностях, где обычные антенны не могут выполнять свою работу эффективно.

Чтобы увеличить диапазон частот, к штыревой антенне присоединяют удлинительную катушку.

Первые коротковолновые штыревые антенны состояли из опорных фарфоровых изоляторов с большими габаритами. При настройке антенны вибраторы удлинялись или укорачивались. Современные антенны легко настраиваются и без громоздких изоляторов получают желаемое согласование антенны с выходом передатчика и фидером.

Штыревая антенна с гамма-согласующим устройством имеет вид вибратора, который вставлен в муфту.

Муфта, в свою очередь, припаивается к краю металлической площадки. В некоторых штыревых антеннах функции вибратора выполняют водопроводные оцинкованные трубы, которые привариваются к двум муфтам с внутренней резьбой. К еще одной муфте крепятся четыре ушка с пучками-противовесами. На концах противовесов находятся орешковые изоляторы. Пучки, кроме функций противовесов, выполняют еще и работу оттяжек мачт первого яруса. С одной стороны площадки располагается вибратор, в противоположной стороне от него крепится опорный изолятор с трубкой гамма-согласователя. Металлическая перемычка, передвигающаяся вверх и вниз, охватывает как трубку гамма-согласователя, так и трубу вибратора. На верхней стороне площадки закрепляется металлическая коробка между гамма-согласователем и вибратором. Коробка содержит в себе разъем с высокой частотой и конденсатор переменной емкости. Параллельно к конденсатору устанавливается конденсатор постоянной емкости. Пластины ротора и статора конденсатора изолируются от металлической коробки. В трубе вибратора делаются четыре отверстия для медного провода, концы которого загибаются через край трубы. К отрезкам медного провода присоединяются антенные изоляторы, а также изоляторы для комнатных антенн.

Таким образом, полученная конструкция образует второй ярус оттяжек штыревой антенны. Отверстие вибратора, расположенное наверху, закрывается деревянной заглушкой, которая не пропускает влагу внутрь вибратора. Верхнее отверстие трубки гамма-согласователя также закрывается подобной деревянной пробкой.

К разъему высокой частоты, находящемуся на металлической коробке, подключается коаксиальный кабель с определенным волновым сопротивлением. Контакты разъема, предварительно изолированные, соединяются с пластинами статора конденсатора. Изолированный отрезок гибкого проводника соединяется с пластинами ротора конденсатора и крепится к основанию трубки гамма-согласователя.

Настраивается штыревая антенна специальным прибором, определяющим индикатор напряженности поля. Самым простым способом настройки считается включение в разрыв провода теплового амперметра. Наибольшее отклонение стрелки амперметра происходит за счет перемещения перемычки вверх и вниз. Разрыв провода располагается от пластин ротора конденсатора до основания трубки гамма-согласователя. Через высокочастотный разъем к штыревой антенне подключается фидер. Высокочастотное напряжение поступает к антенне через коаксиальный кабель. При настройке штыревой антенны передатчик должен быть нацелен на максимальное излучение при среднем любительском диапазоне. Когда антенна окончательно настроится, будет исходить от нее наибольшее излучение, перемычка твердо крепится на трубе вибратора и трубке гамма-согласователя. Место закрепления обмазывается пластилином для большей надежности.

Щелевая антенна

Щелевая антенна – это антенна, у которой отверстия на проводящей поверхности излучают или принимают радиоволны. Щелевая антенна может выполняться как объемный резонатор, жесткая коаксиальная линия, или же плоский металлический экран. В проводящей поверхности антенны прорезаются отверстия, которые при возбуждении начинают излучать радиоволны.

В резонаторах, коаксиальных линиях и волноводах щели возбуждаются внутренним электромагнитным полем. В плоских экранах отверстия возбуждает радиочастотный кабель, который подключается к краям этих отверстий.

В начале 1940-х гг. А. А. Пистолькорс предложил производить расчет щелевых ламп по принципу двойственности. Если расчет поля щелевой антенны производится при сопоставлении с магнитной антенной, то задача заметно облегчается. Щелевая антенна рассчитывается с введением фиктивного магнитного тока, который протекает вдоль отверстий. При изменении векторов щелевое поле будет совпадать с полем ленточного вибратора, который дополняет экран и делает его сплошным.

Конструкция щелевых антенн довольно проста. При установке антенн на летательные аппараты и другие движущиеся объекты положительным моментом выступает тот факт, что в антеннах отсутствуют какие-либо выступающие элементы конструкции.

Среди щелевых антенн, работающих в дециметровом и метровом диапазонах, самыми распространенными считаются слабонаправленные антенны. Подобные щелевые антенны изготовляются на основе объемных резонаторов. Формы отверстий антенн аналогичны формам щелей плоских проволочных антенн. Волноводные щелевые антенны состоят из радиоволновода и щелевого вибратора. Главная задача, стоящая перед конструкторами резонаторных щелевых антенн, – правильно согласовать кабель, имеющий низкое сопротивление, и отверстие с высоким входным сопротивлением.

Остронаправленные многощелевые волноводные антенны используются в сантиметровом волновом диапазоне. Многочисленные излучатели с определенными длинами отверстий и конкретным их расположением обеспечивают взаимное согласование волновода с антенной. При изменении фазовой скорости волны в волноводе происходит качание луча. Подобное сканирование луча в волноводно-щелевых антеннах является основным достоинством этих антенн. В 1940-х гг. был установлен эффект качания луча при погружении внутрь волновода продольной пластины или при изменении расстояния между стенками волновода прямоугольной формы. В 1950—1960-е гг. разрабатывались методы частотного сканирования для волноводно-щелевых фазированных антенных решеток, которые успешно осуществлялись не только теоретически, но и практически.

Самым перспективным направлением разработки щелевых антенн считается развитие конструкций антенн, основанных на полосковых линиях и печатных схемах.

Экспонометр

Экспонометр – прибор, определяющий значения экспозиционных параметров при кинофотосъемке, а также других видах фотографических работ, таких как фотографическая печать, копирование фильмов, репродукционная съемка. Экспозиция – это световая величина, определяющая действие оптического излучения на фотоматериал. Экспонометры различаются по принципу действия и бывают табличные, оптические и фотоэлектрические.

Табличный экспонометр – это таблица, в которой учтены светочувствительность фотоматериала, кратность светофильтра, освещенность объекта съемки, характер съемки, время года, суток, погода, но результат параметров, полученных по таким таблицам, достаточно субъективен и оценочен.

Оптический экспонометр – фотометрический клин, на различные участки которого нанесены цифры, показывающие оптическую плотность этих участков. Действие оптического экспонометра основано на оценке яркости объекта съемки, которая определяется по наименьшей различимой цифре, при прохождении светового потока через фотометрический клин от объекта съемки. Но такие оптические экспонометры не точны и не имеют широкого применения.

Фотоэлектрический экспонометр измеряет яркость объекта съемки при помощи приемников света. Эти экспонометры имеют очень широкое распространение в фотокиносъемке как самостоятельные или встроенные устройства.

Электронная лампа

Электронная лампа – это вакуумный электронный прибор, функционирующий благодаря изменению потока электронов. Электроны двигаются в вакууме среди электродов.

Осветительная лампа с угольной нитью накаливания в связи с потускнением баллона постепенно уменьшала отдаваемый свет. С 1883 г. Т. Эдисон своими научными изысканиями пытался усовершенствовать лампу накаливания. Откачав из баллона лампы воздух, он ввел в него металлический электрод. К впаянному электроду и раскаленной с помощью электрического тока нити Эдисон прикрепил и соединил гальванометр и батарею. Как только полярность распределялась, минус батареи перемещался к нити, плюс – к электроду, стрелка гальванометра отклонялась. При противоположной полярности подача тока в цепь прекращалась. Этот опыт, в результате которого получилась термоэлектронная эмиссия, послужил основой для электронных ламп и всей полупроводниковой электроники.

В состав электронных ламп входят по меньшей мере два электрода – анод и катод. Если в лампе находится катод не прямого накала, то рядом с катодом располагается нить накаливания, которая его подогревает. Делает она это для того, чтобы при нагревании увеличивалась эмиссия с катода. Сетки, располагающиеся между анодом и катодом, изменяют поток электронов и устраняют вредные явления, которые возникают при движении потока электронов от положительно заряженного электрода к отрицательному электроду. На стекле электронных ламп находится блестящее напыление, которое предохраняет устройство от излишних газов и воздуха.

Кроме диодов и триодов, к электронным лампам относятся тетроды, пентоды, гексоды и гептоды.

В 1905 г. на опыты Эдисона стал опираться английский ученый Дж. Флеминг, получивший патент на прибор, который преобразовывает переменный ток в постоянный, т. е. на первую электронную лампу. Он впервые использовал диод с практической целью, диод выступал в качестве силового элемента (детектора) в радиотелеграфных приемниках. В следующем году американский инженер Л. Форест создал триод, прибавив к двум электродам управляющую сетку. Лампа, созданная Ли де Форестом, могла усиливать колебания самостоятельно. В 1913 г. на базе триода был создан первый автогенератор. Во многом благодаря триоду Фореста и началась компьютерная эра. С помощью триода он смог усилить звук в своей домашней лаборатории, активно сотрудничал на этой почве с американскими исследователями в области электроники. Первоначально триод был газонаполненной лампой, имевшей плоскую сетку. Уже позднее лампа Фореста стала вакуумной (в 1912 г.), он запатентовал ее в 1907 г. и назвал «Audion». Ученый применял триод в качестве устройства, обрабатывающего данные. Немецкие инженеры под руководством А. Мейснера, последователя Фореста, создали цилиндрическую сетку триода из перфорированного алюминиевого листа.

В радиотехнике изобретателем автогенератора считается Армстронг. Кроме всего прочего, Форест применял свой триод в усилителях, приемниках и передатчиках, став пионером радиосвязи. Закончив Йельский университет и защитив диссертацию, Форест начал активно воплощать свои теории на практике. В 1902 г. он создал компанию «Forest Wireless Telegraphy Company», которая уже через два года была основным наладчиком радиосвязи на американском военно-морском флоте. В 1920 г. он предложил записывать звуковую дорожку на кинопленку оптическим способом, чем немало способствовал развитию киноиндустрии.

В России первые радиолампы были созданы петербургским инженером Н. Д. Папалекси в 1914 г. Совершенной откачки не было, поэтому лампы изготавливались газонаполненными со ртутью. Благодаря работе М. А. Бонч-Бруевича в 1913—1919 гг. внедрение электронных ламп в радиотехнику стимулировалось военными интересами радиосвязи. В 1914 г., после начала Первой мировой войны, в Царском Селе и на подмосковном Ходынском поле построили мощные передающие искровые станции для связи с военными союзниками и слежения за вражескими радиостанциями. Военное положение вынудило Бонч-Бруевича изготавливать электронные лампы в России. В Твери находилась радиостанция с ламповыми усилителями. Лампы французского производства стоили около 200 руб. золотом каждая, а время их работы не превышало десяти часов. Собрав необходимое оборудование в аптеках и на заводах, Бонч-Бруевич в небольшой лаборатории стал мастерить радиоприемники и лампы, стоимость которых равнялась 32 руб.

До 1930-х гг. электронные лампы применялись исключительно в радиотехнике. В 1931 г. английский физик В. Вильямс сконструировал тиратронный счетчик электрических импульсов. В состав электронного счетчика входили несколько триггеров. Сами триггеры были изобретены параллельно М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г. и американскими учеными Ф. Джорданом и У. Икклзом в 1919 г. Триггеры выполнялись в виде электронного реле, состояли из двух ламп и находились в одном из двух своих устойчивых состояний. Электронное реле, как и электромеханическое, могло хранить в себе одну двоичную цифру.

В 1940-х гг. появились компьютеры, разработанные на основе электронных ламп. Электронная лампа стала применяться как основной элемент ЭВМ. Несмотря на многие положительные характеристики, использование ламп приносило множество проблем. Высота стеклянной лампы равнялась 7 см, за счет чего ЭВМ имели огромные размеры.

В одном компьютере находилось 15—20 тыс. электронных ламп, каждая из которых через 7—8 мин работы выходила из строя. Возникала проблемная ситуация поиска и замены старой лампы, это занимало очень много времени. Такое большое количество ламп выделяло тепло, поэтому для каждого компьютера необходимо было устанавливать охладительные системы. В компьютерах не было устройств ввода, поэтому данные заносились в память благодаря соединению определенного штекера с определенным гнездом. Но все же электронные лампы, несмотря на многие недостатки, внесли неоценимый вклад в развитие мировой радиотехники и электроники.

Электронно-световой индикатор

Электронно-световой индикатор – это комбинированная электронная лампа. В баллоне электронно-светового индикатора совмещаются индикаторное устройство и усилительная лампа. В индикаторном устройстве содержатся электроды и люминесцентный экран. Электроды в устройстве формируют пучок электронов и управляют им. В качестве усилительной лампы в электронно-световом индикаторе применяется триод.

Электронно-световой индикатор применяется в радиоизмерительной и радиоприемной аппаратуре для визуальной индикации настройки приборов.

Электронно-световой индикатор состоит из светящегося экрана, анода, сетки, анода кратера, сетки кратера, катода, подогревателя катода, лучеобразующего экрана и фокусирующего электрода.

Электропроигрыватель

Электропроигрыватель – электромеханическое устройство, являющееся конструктивной частью различных звуковоспроизводящих приборов: радиолы, электрофона, производственных звукозаписывающих средств. Принципиальная конструкция электропроигрывателя состоит из звукоснимателя, который преобразует в электрические колебания механические колебания иглы; механизма, который вращает граммофонную пластинку, усилителя звуковых частот, который корректирует процесс. Электропроигрыватель характеризуется качеством воспроизведения, уровнем электрических помех, допустимыми искажениями сигнала, стабильностью частоты вращения.

Электрофон

Электрофон – звуковоспроизводящее устройство. Воспроизводит звук с грампластинки. Современная модификация граммофона. Принцип действия электрофона состоит в преобразовании в электрические колебания механических колебаний иглы звукоснимателя. Усилитель звуковых частот усиливает электрические колебания. Электроакустическая система, состоящая из нескольких электродинамических громкоговорителей, преобразует электрические сигналы в звук.

Электрофоны делятся на классы в зависимости от качественных показателей и характера их применения. Они характеризуются диапазоном воспроизводимых частот, коэффициентом нелинейных искажений. Современные электрофоны способны воспроизводить и монофоническую, и стереофоническую грамзапись, обеспечивать высокое качество звука, нейтрализующее искажения воспроизведения грамзаписи.

Эпидиапроектор (эпидиаскоп)

Эпидиапроектор (или эпидиаскоп) – прибор, проецирующий на экран прозрачные изображения объектов – диапозитивы, или создающий на экране изображения непрозрачных объектов. Конструкция эпидиапроектора представляет собой комбинированный проекционный аппарат, сочетающий схемы эпископа и диапроектора. Его конструкция включает светозащитный кожух, сферические зеркала, светосильный проекционный объектив, конденсор, источник света.

Диаскопическая проекция дает на экране хорошую яркость и при слабомощных источниках света и не высокоточных объективах, так как при диаскопической проекции лучи от источника света идут в конденсор, который освещает диапозитив равномерно, направляет лучи в объектив, и на экране проецируется изображение.

Для эпископической проекции используют мощные источники света и светосильные объективы, при эпископической проекции лучи от источника света при помощи сферических зеркал освещают непрозрачный объект, направляются в светосильный проекционный объектив, и на экране создается изображение.

Эпипроектор (эпископ)

Эпипроектор (или эпископ) – прибор, создающий на экране изображения непрозрачных объектов, таких как фотографии, чертежи. Эпипроектор – модификация проекционного аппарата. Работа эпипроектора основана на диффузном отражении объектом освещающих его лучей, но только небольшая часть этого потока света идет в объектив, поэтому для увеличения яркости изображения используют несколько мощных источников света и светосильные проекционные объективы, имеющие относительное отверстие 1 : 1,5—1 : 2. Во время проекции зеркало над объективом дает перевернутое изображение объекта и на экране оно получается прямым. Во время работы эпипроектор выделяет большое количество тепла и, как правило, снабжается системой охлаждения вентиляторами.

Раздел 14. Электроника и вычислительная техника

Информатикаарифметическое устройство

Арифметическое устройство – одно из главных устройств цифровой электронной вычислительной машины, в котором выполняются логические и арифметические операции над числами.

Осуществление любой логической или арифметической операции в арифметическом устройстве сводится, в конечном счете, к последовательному выполнению нескольких микроопераций или элементарных операций: установка в «ноль» любых разрядов блоков арифметического устройства, прием отдельного разряда или кода числа, сдвиг в сторону старших или младших разрядов числа, получение инверсного (обратного) кода, сложение кодов, выдача кода и т. д.

К арифметическим операциям можно отнести сложение, извлечение корня, умножение, деление и вычитание. Деление и извлечение корня, а также возведение числа в степень, определение тригонометрических функций, логарифмов и т. п. весьма часто осуществляются по стандартным подпрограммам. Главная операция цифровой вычислительной машины – сложение, к которому сводятся все другие арифметические операции. Например, умножение сводится к суммированию несколько раз множимого; деление – к поочередному нахождению цифр частного при помощи вычитания и сложения.

Арифметическое устройство в составе цифровой вычислительной машины связано с центральным устройством управления. Из запоминающего устройства поступают первоначальные числа, по команде центрального устройства управления («умножить», «вычесть», «сложить» и т. д.). Арифметическое устройство производит соответствующие операции, после чего результаты операций снова передаются в запоминающее устройство, а сигналы, означающие окончание операции, показатели переполнения разрядной сетки и т. п., при необходимости передаются в центральное устройство управления.

Главные характеристики и состав арифметического устройства зависят от требуемого быстродействия, разрядности чисел, выбранной системы счисления, алгоритмов выполнения операций и их ускорения, типа применяемых схем и связей между ними (импульснопотенциальные, импульсные или потенциальные) и формы представления чисел.

Арифметическое устройство, как правило, состоит из нескольких регистров для недолговременного хранения чисел, логических цепей, предназначенных для выполнения простейших операций над числами, сумматоров и местного устройства управления, которое воспринимает команду на произведение операции от центрального устройства управления машины и отрабатывающего нужную последовательность команд.

В зависимости от используемого способа суммирования чисел различают арифметические устройства последовательно-параллельного, параллельного и последовательного действия. В арифметических устройствах последовательного действия суммирование двух чисел осуществляется одноразрядным сумматором, через который поэтапно, начиная с младших, проходят все имеющиеся разряды слагаемых. В арифметических устройствах параллельного действия все разряды каждого из слагаемых подаются в сумматор одновременно, количество разрядов сумматора равно количеству разрядов в слагаемых.

Арифметические устройства последовательно-параллельного действия являются промежуточной формой. Регистры параллельного арифметического устройства состоят из триггеров или подобных элементов и позволяют произвести одновременный доступ ко всем разрядам числа. В арифметическом устройстве последовательного действия вместо регистров применяются в том числе и линии задержки, которые, в случае необходимости, замыкаются в кольцо через логические цепи рециркуляции и усилители. В элементах и схемах арифметического устройства применяются электронные лампы (в первоначальных образцах), полупроводниковые диоды, транзисторы, феррит-диодные ячейки и феррит-транзисторные ячейки.

В арифметических устройствах с микропрограммным управлением в составе местного устройства управления используют также ферритовые матрицы, предназначенные для хранения микропрограмм операций.

Основные требования к элементам схем арифметического устройства – высокая надежность, технологичность, взаимозаменяемость однотипных элементов, повторяемость главных характеристик в производстве.

С учетом способа кодирования чисел арифметические устройства производятся для операций в десятичной или двоичной системе, реже – в троичной, либо какой-нибудь иной системе счисления, с разным количеством разрядов, с числами, представленными в форме с плавающей или с фиксированной запятой, или и с теми и с другими.

Методы ускорения выполнения операций используются либо в элементарных операциях, либо в полных операциях арифметического устройства. Особенно результативно ускорение элементарной операции суммирования, потому что она большей частью входит в алгебраическое сложение или вычитание, деление, умножение и др.

В последовательных арифметических устройствах ускорение суммирования получается переходом к последовательно-параллельным схемам; соответственно в параллельных – использованием схем, применяющих статистический характер переносов, схем «с мгновенным переносом» и т. п. Наиболее изучены методы ускорения умножения. В последовательных приспособлениях они базируются главным образом на введении дополнительных сумматоров, которые позволяют одновременно суммировать несколько частичных произведений; в пределе наличие n сумматоров последовательного типа (или n/2 логических схем и сумматоров) позволяет произвести умножение за 2n тактов. В параллельных арифметических устройствах используются методы ускорения умножения аппаратные и логические 1-го и 2-го порядка. Логические методы базируются на модификации множителя; увеличение количества аппаратуры при их применении касается только местного устройства управления и не зависит от числа разрядов в перемножаемых числах; практический и теоретический предел возможностей логических методов – уменьшение среднего числа суммирований при осуществлении одного умножения до 1/3 на каждый двоичный разряд множителя. Аппаратные методы 1-го порядка базируются на введении вспомогательных сумматоров, вспомогательных цепей запоминания переносов или замещении цепей сдвига цепями деления и умножения на особые множители; количество вспомогательного оборудования пропорционально количеству разрядов; число тактов суммирования в процессе умножения трансцендентно может быть уменьшено до одного (независимо от числа разрядов множителя), однако в действительности этот предел не достижим. Аппаратные методы 2-го порядка базируются на построении пирамид сумматоров; объем оборудования пропорционален квадрату количества разрядов, время умножения равносильно 2—3 тактам суммирования. Подобные методы разрабатываются для ускорения операции деления.

Главные тенденции в развитии арифметических устройств связаны с использованием микроэлектроники. Вследствие чего применяются матричные схемы для прямого суммирования и умножения десятичных цифр, параллельно-параллельные и сверхпараллельные сумматоры, аппаратные методы 2-го порядка для ускорения деления и умножения, другими словами, построения с большим числом повторяющихся элементов и систематическими связями между ними. Ищутся также новые способы кодирования чисел, которые упрощают выполнение операций, иные методы ускорения операций, исправления ошибок и аппаратного контроля. При этом ставятся цели повышения быстродействия, увеличения надежности, уменьшения стоимости потребляемой мощности и габаритов.

Арифмометр

Арифмометр – настольная вычислительная машина, предназначенная для выполнения арифметических действий. Машина для математических вычислений была сконструирована Б. Паскалем в 1641 г., тем не менее первую действующую машину, выполняющую 4 математических действия, сконструировал немецкий часовой мастер Ган в 1790 г. Петербургский механик В. Т. Однер в 1890 г. начал изготовление русских счетных машин, ставших прообразом последующих моделей арифмометров.

Арифмометр.

Арифмометр оснащен механизмом, предназначенным для установки и передачи чисел в счетчик, счетчиком результата, счетчиком оборотов, устройством для сброса результата, электрическим или ручным приводом. Он наиболее эффективен при осуществлении операций деления и умножения.

С развитием вычислительной техники арифмометры заменяются более современными клавишными вычислительными машинами.

Бареттер

Бареттер – стабилизатор силы тока, устройство в виде заполненного водородом стеклянного сосуда, внутри которого размещена тонкая железная проволока, другими словами нить. Сила электрического тока, протекающего по ней, остается стабильной в некоторых пределах при перемене на ее концах электрического напряжения. Бареттер используют в радиоэлектронных устройствах.

Видеоадаптер

Видеоадаптер – электронная плата, обрабатывающая видеоданные (графику и текст) и управляющая работой дисплея. Он задает количество цветов и разрешающую способность дисплея.

Видеоадаптер имеет в своем составе видеопамять, модуль BIOS и регистры ввода-вывода. Устройство подает в дисплей сигналы развертки изображения и сигналы управления яркостью лучей.

Винчестер

Винчестер – накопитель на жестком магнитном диске (дисках), являющийся основой постоянной внешней памяти ПК. Состоит из трех частей: в состав первой входят один либо несколько дисков, на магнитную поверхность которых наносятся данные; второй блок представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения считывающих головок и вращения дисков; третий блок – это электроника, которая управляет обработкой данных механическим устройством.

Вычислительная машина

Вычислительная машина – устройство либо совокупность устройств, которые предназначены для автоматизации и механизации процесса обработки информации (вычислений).

В соответствии с применяемой формой представления информации машины можно разделить на два класса: дискретного действия – цифровые и непрерывного действия – аналоговые.

Из-за универсальности цифровой формы представления информации электронные вычислительные машины являются самым лучшим типом устройства обработки данных.

Необыкновенные свойства ЭВМ – автоматизация вычислительного процесса, основанного на программном управлении, огромная скорость выполнения логических и арифметических операций, возможность хранения значительного объема различной информации, способность решения обширного круга задач обработки данных и математических задач – делают подобные машины мощным средством научнотехнического прогресса.

Главное значение ЭВМ состоит в том, что в первый раз с их возникновением человек получил устройство для автоматизации процессов обработки информации. В большинстве случаев ЭВМ позволяют значительно повысить эффективность умственного труда. Внедрение ЭВМ сильно повлияло на многие области техники и науки, вызвало процесс их компьютеризации и математизации.

ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, пульт ручного управления, устройства ввода данных в машину и вывода из нее результатов расчета и память.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) осуществляет логические и арифметические преобразования над вносимыми в него машинными словами, т. е. кодами конкретной длины, являющимися числами или другим видом информации.

Память хранит информацию, которая передается из других устройств, в том числе подающуюся в машину извне через устройство ввода, и выдает обратно во все другие устройства уже переработанную информацию, необходимую для осуществления вычислительного процесса. Память машины в большинстве случаев состоит из двух частей: быстродействующей основной или оперативной (внутренней) памяти (ОП) и относительно медленно действующей, однако способной хранить гораздо больший объем информации внешней памяти (ВП).

Оперативная память имеет в своем составе некоторое число ячеек, каждая из которых предназначена для хранения машинного слова. Ячейки нумеруются, номер является ее адресом.

В запоминающих устройствах, выполняющие в ЭВМ функцию памяти, производятся операции считывания хранимой информации для передачи в иные устройства и записи информации, которая поступает из других устройств. При считывании машинного слова из ячейки ее содержимое не меняется, и если возникает такая потребность, слово может быть снова считано из той же ячейки. При записи хранившееся в ячейке слово удаляется и его место занимает новое.

Управляющее устройство (УУ) автоматически руководит вычислительным процессом.

Автоматическое управление процессом решения задачи достигается на базе принципа программного обеспечения, которое является главной особенностью ЭВМ.

Устройство вывода предназначено для выдачи из машины результатов расчета.

С помощью пульта управления оператор запускает и останавливает машину, а при возникновении такой потребности может регулировать процесс решения задачи.

ЭВМ обладают универсальностью, т. е. они могут использоваться для решения различных задач. Любая нужная точность вычислений может быть достигнута с помощью увеличения числа разрядов в представлении чисел в ЭВМ и соответствующего увеличения количества оборудования без повышения требований к точности работы данных электронных схем.

Каждая ЭВМ обладает конкретными свойствами, такими, например, как возможность обрабатывать информацию той или иной формы (цифровую, алфавитно-цифровую, которая представлена словами переменной или постоянной длины и т. п.), производить определенные логические и арифметические преобразования, операции, которые связаны с организацией совокупной работы устройств машины, и др.

Для придания ЭВМ конкретных свойств применяют средства двух видов: программные и аппаратурные.

Часть свойств ЭВМ приобретает из-за наличия в ее составе электромеханического или электронного оборудования, которое специально предназначено для реализации данных свойств.

Ряд других свойств приобретается программным путем без специальных аппаратурных средств, при этом используются имеющиеся в наличии аппаратурные средства машины, которые работают в предписанном порядке в соответствии с программой, позволяющей обеспечить выполнение машиной данной функции.

Как правило, для придания ЭВМ того или иного свойства применяют комбинацию программных и аппаратурных средств, что позволяет при довольно небольших аппаратурных затратах получить высокую эффективность и быстродействие при реализации соответствующей функции.

С точки зрения пользователя не так важно, выполняется та или иная функция программными или аппаратурными средствами. Поэтому можно говорить о виртуальной ЭВМ, которая обладает некоторыми свойствами, реализуемыми с помощью совокупности программных и аппаратурных средств.

Система программного обеспечения ЭВМ является комплексом программных средств, который можно разделить на операционную систему, пакеты прикладных программ и комплект программ технического обслуживания.

Операционные системы представляют собой важнейшую и центральную часть программного обеспечения ЭВМ, которая предназначена для эффективного управления вычислительным процессом, распределения ресурсов ЭВМ и планирования работы, организации выполнения программ при различных режимах работы машины и автоматизации процесса их подготовки, облегчения общения оператора с машиной.

Операторы и пользователи не имеют прямого доступа к устройствам ЭВМ. Их связь с ЭВМ осуществляется при помощи операционной системы, которая обеспечивает определенный уровень общения человека с машиной.

Он в основном определяется языком, на котором оно осуществляется. Аппаратурные средства ЭВМ и система ее программного обеспечения в совокупности являются вычислительной системой. При создании новой ЭВМ разработка программного обеспечения и разработка аппаратуры должны осуществляться взаимосвязано и одновременно.

Круг вопросов, которые подлежат решению при разработке архитектуры ЭВМ, можно символично разделить на вопросы общей структуры, организации общения пользователя с машиной и вычислительного процесса, вопросы логической организации хранения, представления и преобразования информации и вопросы логической организации совместной работы разнообразных устройств, а также программных и аппаратурных средств машины.

В середине XIX в. развитие атомной физики, космической и ракетной техники потребовало решения вычислительных задач такого огромного объема, что с ними было невозможно справиться с помощью имевшихся в то время перфорационных или клавишных счетных машин. Данная потребность привела к изобретению на рубеже 1940—1950-х гг. цифровых электронных вычислительных машин. Идея применения программного управления для построения устройства, которое автоматически выполняет арифметические действия, была впервые предложена английским математиком Ч. Бэббиджем уже в 1833 г. Но его попытки не увенчались успехом.

Фактически подобная идея была реализована, когда К. Цюзе в 1942 г. в Германии и Г. Айкен в 1944 г. в США сконструировали на базе электромагнитных реле вычислительные машины с управлением от перфоленты.

Идея программного управления вычислительным процессом была значительно развита американским математиком Джоном фон Нейманом, который в 1945 г. описал принцип хранимой в памяти программы.

Первые ЭВМ с хранимой в памяти программой и с программным управлением появились почти одновременно в СССР, США и Англии.

Значительный вклад в развитие отечественной вычислительной техники внес академик С. А. Лебедев. Под его руководством в 1949—1951 гг. была сконструирована первая в нашей стране ЭВМ – Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ), а уже в 1952—1954 гг. – Быстродействующая Электронная Счетная Машина (БЭСМ), которая выполняла 8000 операций/с и являлась в то время одной из наиболее быстродействующих ЭВМ в мире.

Одну из первых в стране ЭВМ И. С. Брук и его сотрудники Н. Я. Матюхин и М. А. Карцев построили в начале 1950-х гг. в Энергетическом институте АН СССР в Москве. Первая производившаяся промышленностью ЭВМ «Стрела» была сконструирована научным коллективом под руководством Ю. Я. Базилевского.

Советские ученые, главным образом академики С. А. Лебедев, В. С. Семенихин, М. В. Келдыш, В. М. Глушков и их научные школы, внесли серьезный вклад в развитие ЭВМ и их программного обеспечения.

На протяжении нескольких десятилетий электронная вычислительная техника быстро развивается. Появилось несколько поколений ЭВМ. Возникновение новых поколений ЭВМ произошло в результате расширения областей и развития способов их применения, которые требовали более производительных, дешевых и надежных машин.

Поколение ЭВМ определяется совокупностью взаимосвязанных особенностей и характеристик применяемой при построении машин конструктивно-технологической (особенно элементной) базы и действующей в машине архитектуры (логической организации).

Первое поколение составили ламповые ЭВМ, изготовление которых началось в начале 1950-х гг. В качестве компонентов логических элементов применялись электронные лампы. К ЭВМ этого поколения относятся изобретенные советскими инженерами и учеными ламповые вычислительные машины БЭСМ-2, «Стрела», М-2, М-3, М-20, «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», которые были ориентированы на решение научно-технических задач. Ламповые ЭВМ потребляли огромную мощность, имели большие габариты и малую емкость оперативной памяти, а также невысокую надежность, в первую очередь из-за частого выхода из строя электронных ламп.

В вычислительных машинах второго поколения, возникших в конце 1950-х гг., электронные лампы заменили транзисторами, что значительно повысило надежность, уменьшило размеры ЭВМ, снизило потребление мощности. Это позволило создать ЭВМ, наделенные более высокой производительностью и большими логическими возможностями. Наряду с машинами, предназначенными для научных расчетов, возникли ЭВМ для решения задач обработки данных и управления производственными процессами.

В нашей стране были созданы ЭВМ различного назначения: малые ЭВМ серий «Мир» и «Наири», средние ЭВМ со скоростью работы 5—30 тыс. операций/с – «Минск-2», «Минск-22», «Минск-32», «Раздан-2», «Раздан-3», «Урал-14», БЭСМ-4, М-220 и управляющие вычислительные машины ВНИИЭМ-3, «Днепр» и др.

Второе поколение ЭВМ позволило значительно расширить сферу применения вычислительной техники, приступить к созданию АСУ технологическими процессами, предприятиями и отраслями.

Стремление к повышению быстродействия, надежности, снижению стоимости аппаратуры привело к возникновению новой элементной базы вычислительной техники – интегральных микросхем, на базе которых были созданы ЭВМ третьего поколения.

Они возникли во второй половине 1960-х гг. в США и появились в СССР в начале 1970-х гг. в качестве машин Единой Системы ЭВМ и Системы Малых ЭВМ – машин на интегральных микросхемах.

В машинах третьего поколения особое внимание уделено уменьшению трудоемкости в подготовке программ, предназначенных для решения задач на ЭВМ, повышению эффективности применения дорогостоящего оборудования машин, облегчению связи оператора и машины, упрощению эксплуатационного обслуживания ЭВМ, что достигается с помощью специальных операционных систем.

Сравнительно недавно появились ЭВМ, которые следует отнести к четвертому поколению.

Конструктивно-технологической базой этих ЭВМ являются большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные микросхемы, которые содержат десятки тысяч транзисторов на одном кристалле. Главным образом на БИС строят памяти ЭВМ.

К ним относятся такие новые средства вычислительной техники, как микропроцессоры и создаваемые на их базе микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ и микропроцессоры нашли широкое применение в системах и устройствах автоматизации измерений, управления технологическими процессами и обработки данных, при построении различных специальных цифровых машин и устройств.

Вычислительные возможности микроЭВМ оказались достаточными для создания на их основе персональных ЭВМ, получивших в настоящее время широкое распространение.

Характерным для крупных ЭВМ этого поколения становится наличие нескольких процессоров, которые ориентированы на выполнение определенных операций, на решение некоторых классов задач или процедур. В рамках этого поколения изобретаются многопроцессорные вычислительные системы с быстродействием в несколько сотен миллионов операций в секунду.

Примером крупных вычислительных систем четвертого поколения, является многопроцессорный комплекс «Эльбрус-2» с суммарным быстродействием до 100 млн операций/с, с системой команд, которая приближена к языкам высокого уровня, и стековой организацией обращений к памяти.

В последнее время определились контуры нового, пятого поколения ЭВМ. Согласно этому проекту вычислительные системы этого поколения, помимо более высокой надежности и производительности при более низкой стоимости, обладают качественно новыми свойствами: возможностью взаимодействия с ЭВМ с помощью естественного языка, графических изображений и человеческой речи; способностью системы обучаться, делать логические суждения, производить ассоциативную обработку информации, вести «разумную» беседу с человеком; способностью системы «понимать» содержание базы данных и использовать эти «знания» при решении задач.

В ЭВМ пятого поколения емкость основной памяти и быстродействие машин составляют соответственно 0,5—5 Мбайт и 2 млн операций/с для персональных компьютеров и 8—160 Мбайт и 1—100 млрд операций/с для сверхпроизводительных ЭВМ.

В них применяются сверхбольшие интегральные микросхемы, имеющие до 1—10 млн транзисторов на кристалл.

Малые ЭВМ – имеется большое число «малых» применений вычислительных машин, таких как обработка данных при экспериментах, автоматизация производственного контроля изделий, управление технологическими процессами, обработка и прием данных с линий связи, управление станками и разнообразными цифровыми терминалами, малые расчетные инженерные задачи и т. д. Для этих областей использования ЭВМ общего назначения слишком дороги и велики.

Возникла необходимость в надежных, простых, небольших и, главное, дешевых ЭВМ, в которых совмещаются наглядность системы программного обеспечения и простота программирования, в отличие от сложных современных операционных систем ЭВМ общего назначения, и простота эксплуатационного обслуживания.

Развитие технологии интегральных электронных схем дало возможность создать машины, которые удовлетворяют указанным выше требованиям. Уменьшение стоимости машин и объема аппаратуры достигнуто в первую очередь за счет уменьшения длины машинного слова (12—16 разрядов вместо 32—64 в машинах общего назначения), уменьшения количества типов обрабатываемых данных по сравнению с ЭВМ общего назначения (в некоторых моделях содержатся только целые числа без знака), определенного набора команд, небольшого набора периферийных устройств и объема оперативной памяти. Подобные машины из-за своих компактных размеров получили название малых или мини-ЭВМ.

Для преодоления трудностей, которые возникают из-за короткого машинного слова, при конструировании малых ЭВМ предложен ряд решений по представлению данных, составу и структуре команд, адресации, организации обмена информацией между устройствами ЭВМ, логической структуре процессора.

У первых моделей малых ЭВМ длина слова составляла 12 разрядов. Впоследствии достижения интегральной микроэлектроники дали возможность перейти в малых машинах к шестнадцатиразрядной длине слова, что не только повысило точность вычислений и позволило построение более гибкой системы команд, но и гарантировало согласованность форматов данных с ЭВМ общего назначения.

ЭВМ отличается и более простой, чем у машин общего назначения, довольно гибкой структурой, которая получила название магистрально-модулъной, ее основой является общая магистраль (общая шина), к которой крепятся в нужных количествах и номенклатурах все устройства машины, изготавливаемых в виде конструктивно законченных модулей. Через общую магистраль (общую шину) устройства машины обмениваются информацией.

Такая структура является эффективной, а система обмена данными через общую шину – довольно динамичной только при сравнительно небольшом количестве периферийных устройств.

Универсальность использования при ограниченном наборе команд может быть осуществлена только при сравнительно высоком быстродействии машины – около 200—800 тыс. операций/с, что значительно превышает скорость работы многих ЭВМ общего назначения.

Высокое быстродействие должно дать возможность малым ЭВМ обслуживать технологические процессы в реальном времени, а также компенсировать задержку обработки данных, связанную с тем, что многие процедуры обработки при локальном объеме аппаратуры, небольшом наборе команд и отсутствии специализации машины необходимо реализовать не аппаратурными средствами, а соответствующими подпрограммами.

Гибридная вычислительная система

Гибридная вычислительная система – аналого-цифровая вычислительная машина, иначе комбинированная вычислительная машина, другими словами, комбинированный комплекс, состоящий из нескольких электронных вычислительных машин, применяющих различное представление величин (цифровое и аналоговое) и соединенных общей системой управления. В состав гибридной вычислительной системы, помимо цифровых и аналоговых машин и системы управления, как правило, входят устройства внутрисистемной связи, преобразователи представления величин и внешнее оборудование. Гибридная вычислительная система – комплекс ЭВМ, в этом ее основное отличие от гибридной вычислительной машины, получившей такое название потому, что она базируется на гибридных решающих элементах либо с применением цифровых и аналоговых элементов.

В литературе часто к гибридным вычислительным системам относят АВМ с многократным применением решающих элементов, оснащенные запоминающим устройством, АВМ с цифровым программным управлением и АВМ с параллельной логикой. Подобного рода вычислительные машины, хотя и имеют элементы, применяемые в ЦВМ, но все также сохраняют аналоговый способ представления величин и все специфические отличия и свойства АВМ. Появление гибридных вычислительных систем объясняется тем, что для решения большинства новых задач, связанных с управлением перемещающимися объектами, созданием комплексных тренажеров, оптимизацией и моделированием систем управления и др., возможности отдельно взятых ЦВМ и АВМ являются уже недостаточными.

Разделение в ходе решения задачи вычислительного процесса на отдельные операции, которые выполняются ЦВМ и АВМ в комплексе, сокращает объем вычислительных операций, решаемых на ЦВМ, что при других равных условиях сильно повышает общее быстродействие гибридных вычислительных систем.

Существуют сбалансированные, цифро-ориентированные и аналого-ориентированные гибридные вычислительные системы.

В системах первого вида ЦВМ применяются как дополнительное внешнее устройство к АВМ, которое необходимо для образования сложных нелинейных зависимостей, запоминания итоговых результатов и для выполнения программного управления АВМ. В системах второго вида АВМ применяется как дополнительное внешнее устройство ЦВМ, которое предназначено для моделирования частей реальной аппаратуры, многократного осуществления небольших подпрограмм.

Изобретение эффективных гибридных комплексов требует в первую очередь уточнения главных областей их использования и тщательного анализа стандартных задач из данных областей.

В итоге устанавливают целесообразную структуру гибридного комплекса и предъявляют требования к его отдельным частям.

Задачи, которые успешно решаются с помощью гибридных вычислительных систем, можно разделить на следующие главные группы: моделирование автоматических систем управления в реальном времени, состоящих как из цифровых, так и из аналоговых устройств; воспроизведение в реальном времени действий, которые содержат высокочастотные компоненты и переменные, которые изменяются в обширном диапазоне; моделирование биологических систем; статистическое моделирование; оптимизация систем управления; решение уравнений в частных производных.

Образцом задачи первой группы может являться моделирование системы управления прокатного стана. Динамика процессов, происходящих в нем, воссоздается на аналоговой машине, а на универсальной ЦВМ среднего класса моделируется специализированная управляющая станом машина. Вследствие непродолжительности переходных процессов в приводах прокатных станов, общее моделирование подобных процессов в реальном времени потребовало бы использования сверхбыстродействующих ЦВМ. Подобные задачи довольно часто встречаются в системах управления военными объектами.

Стандартными для второй группы являются задачи управления перемещающимися объектами, в том числе и задачи самонаведения, а также задачи, которые возникают при создании вычислительного элемента комплексных тренажеров. Для задач самонаведения свойственно формирование траектории перемещения непосредственно в процессе движения. Большая скорость варьирования некоторых параметров при приближении предмета к цели требует высокого быстродействия управляющей системы, которое превышает возможности нынешних ЦВМ, и в то же время большой динамический диапазон требует высокой точности, которую трудно достигнуть на АВМ. При решении такой задачи на гибридных вычислительных системах целесообразно поручить моделирование уравнений движения вокруг центра тяжести на аналоговую часть системы, а движение самого центра тяжести и кинематические параметры – на цифровую часть вычислительной системы.

К третьей группе можно отнести задачи, решение которых образуется в результате обработки многих результатов случайного процесса, например решение многомерных уравнений в частных производных с помощью метода Монте-Карло, нахождение экстремума функций нескольких переменных, решение задач стохастического программирования. Многократное повторение случайного процесса поручается быстродействующей АВМ, которая работает в режиме многократного повторения решения, а обработка итогов, вычисление функционалов, воспроизведение функций на границах области – на ЦВМ. Помимо этого, ЦВМ определяет момент окончания вычислений. Применение гибридных вычислительных систем позволяет сократить время решения задач подобного вида на несколько порядков в сравнении с использованием только цифровой машины.

Подобный эффект достигается при применении гибридных вычислительных систем для моделирования процессов распространения воздействия в биологических системах.

Особенность этого процесса состоит в том, что даже в элементарных случаях необходимо воспроизводить сложную нелинейную систему уравнений в частных производных.

Поиск решения задачи рационального управления для задач выше третьего порядка, как правило, связан с большими, непреодолимыми препятствиями. Еще сильнее они проявляются, если необходимо найти оптимальное управление в процессе работы системы.

Гибридные вычислительные системы в значительной степени способствуют устранению подобных трудностей и применению таких сложных в вычислительном плане средств, как принцип максимума Понтрягина.

Применение гибридных вычислительных систем эффективно в том числе при решении нелинейных уравнений в частных производных. При этом можно решать как задачи анализа, так и задачи оптимизации и идентификации объектов. В качестве примера задачи оптимизации можно привести: подбор нелинейности теплопроводного материала, предназначенного для заданного распределения температур; распределение толщины испаряющегося слоя, который предохраняет космические корабли от чрезмерного нагрева при входе в плотные слои атмосферы; расчет геометрии летательных аппаратов для получения необходимых аэродинамических характеристик; изобретение оптимальной системы подогрева летательных аппаратов для защиты их от обледенения при минимальном использовании энергии на подогрев; расчет сети оросительных каналов, определение оптимального расхода в них и т. п. При решении данных задач ЦВМ объединяется с сеточной моделью, многократно применяемой в процессе решения.

Развитие гибридных вычислительных систем возможно в двух направлениях: построение специализированных гибридных вычислительных систем, которые рассчитаны на решение только какого-либо одного класса задач, и построение всеохватывающих гибридных вычислительных систем, которые позволяют решать довольно широкий класс задач. Структура подобного универсального гибридного комплекса состоит из АВМ однократного действия, сеточной модели, АВМ с повторением решения, специального оборудования, предназначенного для решения задач статистического моделирования, устройств связи между машинами и периферийного оборудования. Кроме стандартного математического обеспечения ЭВМ, входящих в комплект, в гибридных вычислительных системах необходимо использовать специальные программы, которые обслуживают систему связи машин и автоматизирующие процесс постановки и подготовки задач на АВМ, а также универсальный язык программирования для комплекта в целом.

Параллельно с новыми вычислительными возможностями в гибридных вычислительных системах появляются специфические особенности, например, возникают погрешности, которые в отдельных ЭВМ отсутствуют. Первоисточниками погрешностей могут быть временная задержка аналого-цифрового преобразователя, цифро-аналогового преобразователя и ЦВМ; ошибка от неодновременной подачи аналоговых сигналов на аналого-цифровой преобразователь и неодновременной выдачи цифровых сигналов на цифро-аналоговый преобразователь; ошибка округления в цифро-аналоговом и аналогоцифровом преобразователях; ошибки, которые связаны с дискретным характером получения результатов с выхода ЦВМ. При независимой работе ЦВМ с преобразователями временная задержка не дает погрешности, а в гибридных вычислительных системах она не только может дать существенные погрешности, но и дезорганизовать работоспособность всей системы.

Анализ погрешностей гибридных вычислительных систем имеет значение и для оценки, при решении конкретного класса задач, погрешности работы комплекса, и для изобретения методов повышения эффективности и точности системы.

Первичные погрешности независимо работающих ЦВМ и АВМ, входящих в состав гибридных вычислительных систем, достаточно неплохо изучены, однако оценка погрешности при решении вопросов при помощи гибридного комплекса нелинейных задач представляет собой еще неразрешенную проблему.

Графекон

Графекон – запоминающая электронно-лучевая трубка, имеющая два электронных пучка: первый записывает на длительный срок радиолокационное или телевизионное изображение на тонком слое диэлектрика в виде потенциального рельефа, который нанесен на электропроводящую пластину, и второй неоднократно считывает его с пластины. В графеконах считывание и запись могут осуществляться одновременно и независимо. Число циклов считывания единожды записанного изображения равно нескольким тысячам, а разрешающая способность графекона – 1200 строк.

Графеконы используют для взаимного преобразования изображения: с одного телевизионного стандарта в другой, радиолокационного в телевизионное и т. д.

Декатрон

Декатрон – ионный прибор, предназначенный для переключения электрических цепей и для цифрового счета в десятичной системе счисления. Баллон декатрона заполняют газовой смесью (неон, гелий, водород) при давлении 4—5,3 кН/м2 (30—40 мм рт. ст.). Направленный перенос тлеющего электрического разряда, при работе декатрона, с одного электрода на другой осуществляется при подаче на последний синхронизирующего импульса, который уменьшает напряжение зажигания его разрядного промежутка. Фиксация состояния производится по положению свечения газового разряда в декатроне. Основные параметры декатрона: скорость счета и сила рабочего тока, коэффициент пересчета – отношение числа входных импульсов к числу выходных. Декатроны используют в промышленной и ядерной электронике, цифровой измерительной технике, в автоматике и т. д.

Дешифратор

Дешифратор – устройство, предназначенное для декодирования (расшифровки) сообщения и перевода находящейся в нем информации на язык воспринимающей системы. Как правило, дешифратор содержит n входов и m выходов. Поступающая на входы дешифратора информация расшифровывается, и на соответствующем выходе или группе выходов появляется сигнал, который указывает содержание или признак входной информации. Любому сигналу или сочетанию сигналов на входах дешифратора соответствует конкретный сигнал или сочетание сигналов на выходах дешифратора. Это соответствие определяется структурой дешифратора при его конструировании. Дешифратор используют в различных устройствах передачи и обработки информации: в вычислительной технике (декодирующие устройства, преобразователи представления величин), в телемеханике, в измерительной технике и радиотехнике (демодуляторы, детекторы), в системах телеграфной и телефонной связи. Назначение определяет структуру, число выходов и входов дешифратора, последовательность и форму выходных и входных сигналов.

Дешифратор в телемеханике декодируют сообщения по структурам воспринимаемых сигналов. Структура сигналов образуется с помощью придания импульсам, которые образуют сигналы, разных качеств – признаков. Данными признаками являются количество, амплитуда и длительность импульсов, полярность, порядок и частота следования, группировка импульсов различного качества и т. д. Если, например, дешифратор применяется в системе телеуправления, то дешифратор автоматически анализирует структуру исходящих сигналов в соответствии с заданной программой, которая заложена в конструкции самого дешифратора; сигналы с его выходов заводятся на входы исполнительных механизмов управляемых объектов. Избирательность является основным свойством дешифраторов; она позволяет защитить входные цепи воспринимающих систем от инородных сигналов, которые могут оказать неправильное воздействие на систему.

В вычислительной технике дешифраторы используют в качестве преобразователей кода в код или кодов в соответствующие им непрерывные величины (например, угол поворота, напряжение, электрический ток и др.). В радиотехнике дешифраторы из радиосигнала восстанавливают передаваемое сообщение, параметры которого (амплитуда, фаза, частота) меняются в такт с передаваемым сообщением.

Дискета

Дискета – кассета-конверт, имеющий гибкий магнитный диск, иными словами, флоппи-диск. В центре дискеты находится отверстие для установки на дисковод. Применяется для хранения информации и программ в основном в персональных ЭВМ.

Дисплей

Дисплей – устройство редактирования, ввода и визуального представления информации на экране без их долговременной сохранности.

Дисплей состоит из клавиатуры, монитора и (возможно) принтера. Различают графические и символьные дисплеи. Он может быть терминалом или его компонентом.

Существует несколько видов дисплеев.

  1. Символьный дисплей, отображающий на экранах наборы знаков, цифр и букв, предназначен для работы с простой графикой и текстами.

  2. Дисплей на электронно-лучевой трубке – дисплей, на мониторе которого изображение отображается с помощью электронно-лучевой трубки.

Дисплеи на электронно-лучевых трубках имеют следующие характеристики:

  1) строчную частоту, измеряемую количеством строк, формируемых дисплеем за одну секунду;

  2) частоту обновления кадров;

  3) размеры экрана, измеряемые по диагонали в дюймах;

  4) расстояние между точками растра.

  3. Графический дисплей обеспечивает создание на экранах матриц точек, высвечивающих тексты и изображения. Топология данных точек часто определяется видеографической матрицей.

  4. Цветной дисплей – устройство визуального представления информации, на экране которого образуется цветное изображение.

  5. Жидкокристаллический монитор сконструирован на основе жидких кристаллов. Различают пассивно-матричные и активно-матричные жидкокристаллические мониторы.

Экран – поверхность, на которую выводится информация.

Экран является главной частью монитора.

По принципу работы различают:

  1) пассивные экраны, работающие за счет отражения лучей внешних источников света;

  2) активные экраны, светящиеся благодаря происходящим в них физическим явлениям.

Запоминающее устройство

Запоминающее устройство предназначено для хранения данных. Запоминающие устройства характеризуются:

  1) быстродействием;

  2) емкостью памяти;

  3) надежностью работы;

  4) разрядностью;

  5) методом доступа к данным;

  6) стоимостью единицы памяти.

Быстродействие запоминающего устройства определяется временем, необходимым для записи или считывания информации по заданному адресу.

Временные характеристики можно разделить на две категории: 1) время доступа, которое определяет быстродействие однократного обращения к запоминающему устройству;

  2) время цикла, которое определяет максимальную частоту обращения к запоминающему устройству.

Емкость – максимально возможное количество кодов чисел и команд определенной разрядности, которые могут одновременно храниться в памяти.

Разрядность – максимальная длина слова, которое может быть записано в ячейку памяти запоминающего устройства.

Ячейка запоминающего устройства – элемент запоминающего устройства, имеющий уникальный адрес и способный хранить бит, байт, слово либо часть слова.

Запоминающие устройства делятся на виды.

  1. Адресное запоминающее устройство – это устройство, каждый элемент памяти которого обладает адресом, соответствующим его физическому расположению в запоминающей среде. Обращение к данным подобных устройств осуществляется в соответствии с адресами данных.

  2. Электроно-механическое запоминающее устройство – это устройство, которое применяет механические средства для хранения информации.

  3. Ассоциативное запоминающее устройство – это устройство цифровых вычислительных машин, в котором запись осуществляется не по определенному адресу, а по заданному сочетанию признаков, которые свойственны нужной информации. Подобными признаками могут служить: часть слова (числа), данная ему для нахождения среди других слов, некоторые характерные черты самого слова, нахождение его в конкретных пределах, абсолютная величина слова и др.

Действие ассоциативного запоминающего устройства базируется на представлении всей информации в виде ряда областей в зависимости от характерных признаков и свойств. При этом поиск информации сводится к нахождению области по заданным признакам путем их просмотра и сравнения с признаками, хранящимися в ассоциативном запоминающем устройстве. Существуют два главных способа реализации ассоциативного запоминающего устройства. Первый – построение памяти, запоминающие ячейки которой имеют свойства одновременно осуществлять функции хранения, неразрушающего сравнения и считывания. Подобный способ реализации ассоциативного запоминающего устройства называется схемным параллельно-ассоциативным, т. е. нужные наборы признаков сохраняются во всех ячейках памяти, и информация, которая обладает фиксированным набором признаков, находится независимо и одновременно по всему объему. Прототипом такого ассоциативного запоминающего устройства служат картотеки на перфорационных картах с краевой перфорацией. В качестве запоминающих элементов, которые схемно реализованы ассоциативным запоминающим устройством, применяются тонкопленочные криотроны, биаксы, трансфлюксоры, магнитные тонкие пленки и др.

Второй способ реализации ассоциативного запоминающего устройства – программная организация или моделирование ассоциативного запоминающего устройства, которые заключаются в том, что ассоциативные связи между хранящейся в памяти информацией воспроизводятся путем упорядоченного расположения ее в виде последовательных групп или цепочек, скрепленных адресами связи, их коды находятся в тех же ячейках памяти. Данный способ при больших объемах информации наиболее удобен для практической реализации, так как позволяет использовать обычные накопители с адресным обращением.

Применение ассоциативного запоминающего устройства значительно облегчает решение информационно-логических задач и программирование, в сотни, а то и тысячи раз ускоряет поиск, классификацию, анализ и обработку данных.

  4. Электронное запоминающее устройство – это устройство, в котором интегральные схемы обеспечивают хранение информации.

  5. Массовое запоминающее устройство – внешнее запоминающее устройство, обладающее большой емкостью. Как правило, под массовым запоминающим устройством подразумевается система резервного хранения вида библиотеки картриджей с магнитными лентами, которая может хранить очень большие объемы информации.

  6. Внешнее запоминающее устройство – медленное запоминающее устройство, обладающее большой емкостью. Целостность содержимого внешнего запоминающего устройства не зависит от того, выключен или включен компьютер.

Внешними запоминающими устройствами являются:

  1) накопители на компакт-дисках;

  2) накопители на жестких магнитных дисках;

  3) накопители на гибких магнитных дисках;

  4) накопители на магнитооптических компакт-дисках;

  5) накопители на магнитной ленте и др.

Энергонезависимое запоминающее устройство – электронное запоминающее устройство, которое сохраняет записанные в нем данные при отключении от питания.

Оперативное запоминающее устройство – быстродействующее устройство, напрямую связанное с процессором и необходимое для записи, хранения и считывания данных и выполняемых программ.

Ибикон

Ибикон – передающая телевизионная трубка, усиливающая выходной сигнал с помощью возбужденной (наведенной) проводимости.

Излучаемые под воздействием света фотокатодом ибикона электроны (фотоэлектроны) увеличивают скорость под воздействием электрического поля и ударяются о поверхность мишени, которая состоит из пленки диэлектрика, покрытой (со стороны фотокатода) тонкой пленкой из алюминия. Она не является препятствием для электронов с большими скоростями.

Электроны, проходя сквозь пленку диэлектрика, в несколько тысяч раз (в некоторых веществах в 1000 и более раз) увеличивают его электропроводность, пропорциональную количеству электронов. Данное явление носит название возбужденной (наведенной) проводимости. С другой стороны вся пленка диэлектрика заряжается электронным лучом, который развертывает телевизионное изображение до равного потенциала. Данные заряды из-за наведенной проводимости в пленке диэлектрика собираются на алюминиевой пленке, которая соединена с выходным электродом ибикона. Сила тока зарядки, а вследствие этого и выходной сигнал ибикона, будут тем больше, чем больше поток фотоэлектронов, которые попадают в данную точку мишени с фотокатода.

Ибиконы могут работать при низких уровнях освещенности и используются в различной телевизионной аппаратуре.

Инвертор

1. В технике – преобразования разновидностей электрического тока, устройство, предназначенное для инвертирования напряжения или тока. Различают зависимые инверторы (ведомые электрической сетью) и автономные. В зависимых инверторах между источниками переменного и постоянного тока включены катушка индуктивности, сопротивление и управляемый вентиль. Сдвиг фаз между основной волной тока через вентиль и напряжением машины переменного тока в режиме выпрямления (раннее зажигание вентиля) меньше 90°. Машина переменного тока работает в режиме генератора, а постоянного тока в режиме двигателя. В режиме инвертирования (позднее зажигание вентиля) сдвиг фаз более 90° и машина переменного тока работает в режиме двигателя, а постоянного тока – в режиме генератора. Для перехода от выпрямления к инвертированию нужно еще сменить либо полярность напряжения постоянного тока, либо направление тока вентиля. Для того чтобы восстановить управляемость вентиля после прохождения импульса тока, на нем должно падать отрицательное напряжение в течение некоторого времени. Вследствие этого сдвиг фаз при инвертировании, как правило, не достигает 180°, и в цепи переменного тока циркулирует в том числе и реактивная мощность главной частоты, имеющая название мощность сдвига.

В автономных инверторах конденсатор заряжается от источника постоянного тока через дроссель, а потом разряжается через первичную обмотку трансформатора и вентиль. В его вторичной обмотке протекает только переменный ток.

  2. В вычислительной технике – электронное устройство, имеющее один выход и один вход, сигнал на выходе которого появляется только при отсутствии сигнала на входе. Используется для реализации простейшей логической операции «НЕ». Различают импульсный и потенциальный инверторы.

Потенциальный инвертор обеспечивает низкий уровень напряжения на выходе при высоком входном напряжении и наоборот. Он инвертирует импульсные сигналы.

В этом случае возможны два варианта:

  1) инвертор, который меняет полярность входных сигналов;

  2) инвертор, который формирует импульс на выходе при отсутствии импульсного сигнала на входе и не показывающий никакого сигнала при подаче импульса во входную цепь.

При этом соотношение между полярностями выходного и входного сигналов никакой роли не играет.

Интернет

Интернет – феномен культуры, установившийся в последней трети XX в. на технологической базе общемировой системы компьютерных сетей и в некотором смысле являющийся модельной объективизацией функционирования и содержания ноосферы. Интернет является в некотором роде вариантом гипермедиа, который синтетически объединяет как содержательно сформулированные феномены мультимедиа (звуковой текст, видеотекст, вербальный текст и т. п.), так и функционально определенный феномен гипертекста, т. е. разветвленную систему связей между документами и текстами мультимедиа на базе стандартного формата адресов (URL) и многофункционального гипертекстового языка (HTML). В техническом отношении Интернет берет свое начало от распределенной компьютерной сети ARPAnet, которая была создана в конце 1960-х гг. по заказу Министерства обороны США и продемонстрировала эффективность метода пакетной коммутации и возможность группировки в единую сеть компьютеров различных типов, в том числе и от NSFnet, сконструированной в 1985 г. Национальным научным фондом США для соединения своих компьютерных центров. Если на протяжении первых тридцати лет существования Интернета его возможности (службы информационного поиска, файловые серверы, электронная почта и т. п.) были применены в большинстве своем в научной, военной и административной средах, то образование в 1993—1994 гг. подобной подсистемы Интернет, как WWW («всемирная паутина»), т. е. всемирно распространенной базы текстовых документов, которая обеспечивает максимальный доступ для пользователя к мультимедийной информации, сделало Интернет одним из самых значимых социокультурных феноменов конца XX в. Функциональные возможности Интернета почти неограниченны (мгновенный обмен сообщениями по электронной почте во всем мире, распространение информации, образование и виртуальные научные конференции, торговля и реклама, банковские операции и бизнес, доступ к культурным ценностям с помощью «виртуальных музейных туров» и индустрия развлечений, шанс индивидуального самовыражения с помощью создания личных Web-страниц и общение с помощью Интернета и многое другое), в силу чего круг пользователей Интернета очень велик (сеть связывает между собой сотни миллионов людей во всем мире и миллионы компьютеров) и постоянно увеличивается. Возникновение в рамках культуры XX в. подобного феномена, как Интернет (наряду с внутрикорпоративными компьютерными сетями), в качестве следствия имело существенные перемены современного культурного пространства. Главным образом, сами структурнофункциональные характеристики сети Интернет представляют его не столько в качестве иерархичной и жестко центрированной системы, сколько в качестве ризомы. Это значит, что качественным для Интернета является сетевой, а не иерархичный принцип организации, что является принципиально значимым последствием для культуры. Во-первых, так как возможности Интернета обеспечивают не только мгновенное, но и многонаправленное распространение информации, поэтому культура не только приобретает немыслимую до этого динамичность, но и представляется в данном контексте не в качестве кибернетической среды, которая предполагает упорядочивание с помощью команд центра, но в качестве синергетической среды, которая реализует свое упорядочивание как самоорганизацию. Во-вторых, нецентральный характер функционирования и организации Интернета влечет за собой и нецентральный характер социокультурной среды в целом, что в социальном отношении значит продвинутую демократизацию общества в целом. В-третьих, открывающиеся с помощью Интернета возможности общения не только расширяют сферу общения, но и значительно меняют понятие коммуникации в целом: возможности электронного общения снимают не только формальные, языковые и пространственные препятствия, но и меняют его качество, снимая вообще какие бы то ни было границы взаимодействия. По данным психологов, при личном контакте собеседников более 80% информации воспринимается с помощью зрительного анализатора, а в общении с помощью Интернета происходит своего рода непосредственное соприкосновение личностей. Таким образом, в целом Интернет открывает уникальное пространство для общения. В-четвертых, Интернет дает возможности не только для реализации личности человека через общение, но и для творческой самореализации (обширный доступ к любым данным и источникам, мгновенная и наиболее широкая презентация продуктов индивидуальной художественной или теоретической деятельности, свободное самовыражение, возможности создания индивидуальных Web-страниц и т. д.). Таким образом, Интернет радикально и многосторонне меняет современное социокультурное пространство. Обратной стороной его позитивных перемен, которые связаны с феноменом Интернета, это распространение компьютерных преступлений, т. е. противоправных действий, объектом или инструментом которых является компьютерная сеть или компьютер. Интернет открывает техническую возможность совершения таких противоправных действий, как незаконная деятельность в сфере программного обеспечения («компьютерное пиратство»); незаконный вход в компьютерную систему с целью разрушения или повреждения информации (распространение программных «вирусов»), а также незаконный доступ к секретной (частной или корпоративной) информации, которая открывает возможность ее применения; использование компьютера для совершения каких-либо противозаконных действий (распространение подпольными фирмами, которые специализируются на криминальном сексбизнесе, различные виды мошенничества – от дезинформации в целях наживы до сбора средств для реализации липовых социальных проектов). Особенность компьютерных преступлений (анонимность действия, возможность вторжения в компьютерные сети и компьютеры с помощью модемной связи и т. п.) делает бесполезными стандартные инструменты криминалистики (улики в классическом понимании этого слова, опознание с помощью фоторобота, дактилоскопическая идентификация и т. п.), что сильно затрудняет оперативную работу правоохранительных служб в данной сфере. Нестандартность и сложность ситуации диктуется также отсутствием на настоящий момент четкого правового регулирования функционирования сети Интернет, что связано не только с неразвитостью законодательства в пространстве Интернет, но и со сложностью подобной разработки, которая обусловлена, во-первых, быстрым развитием и повышенной сложностью компьютерных технологий (в том числе информационный обмен через космос), в силу чего юридические нормы, регулирующие их применение, не только слишком быстро устаревают, но и зачастую оказываются неэффективными на практике), а во-вторых, тем, что ни одно правительство не имеет правомочность над информационным пространством Интернета. В то же время Интернет можно рассматривать как одни из инструментов борьбы с преступностью, так как правоохранительные службы во всем мире часто применяют возможности Интернета.

Ионный микроскоп

Ионный микроскоп – прибор, в котором для получения изображений используется пучок ионов, создающийся газоразрядным или термоионным ионным источником. По принципу действия ионный микроскоп подобен электронному микроскопу. Проходя сквозь объект и рассеиваясь и поглощаясь в различных его участках, ионный пучок собирается системой магнитных или электростатических линз и дает на фотослое или экране увеличенное изображение объекта.

Изготовлено только несколько опытных образцов ионных микроскопов. Работы по его модернизации обусловлены тем, что он должен иметь более высокую разрешающую способность в сравнении с электронным микроскопом. Для ионов длина волны де Бройля гораздо меньше, чем для электронов (при равном ускоряющем напряжении), из-за чего в ионных микроскопах очень мало проявляются эффекты дифракции, которые в электронном микроскопе не позволяют увеличить его разрешающую способность. Другими преимуществами ионного микроскопа являются лучшая контрастность изображения и меньшее влияние перемены массы ионов при больших ускоряющих напряжениях. Расчеты показывают, что контрастность изображения органических пленок, имеющих толщину 50 A, обусловленную рассеянием протонов, в несколько раз должна быть выше контрастности, которая вызвана рассеянием электронов.

К недостаткам ионных микроскопов можно отнести заметную потерю энергии ионов даже при прохождении сквозь самые тонкие объекты, что вызывает распад объектов, большую хроматическую аберрацию, слабое фотографическое действие и распад люминофора экрана под воздействием ионов. Эти недостатки послужили причиной того, что, несмотря на изложенные выше преимущества, ионный микроскоп по сравнению с электронным на практике не используется. Гораздо более эффективным оказался ионный микроскоп, не имеющий линз, – ионный проектор.

Ионный проектор

Ионный проектор – не имеющий линз ионно-оптический прибор, автоионный микроскоп, предназначенный для получения изображения поверхности твердого тела, увеличенного в несколько миллионов раз. С помощью ионного проектора можно увидеть детали поверхности, которые разделены расстояниями порядка 2—3 А, что позволяет наблюдать в кристаллической решетке расположение отдельных атомов. Ионный проектор изобретен немецким ученым Э. Мюллером в 1951 г.

Положительным электродом и одновременно объектом, поверхность которого отображается на экране, является острие тонкой иглы. Атомы (либо молекулы) газа, который заполняет внутренний объем устройства, ионизуются в сильном электрическом поле около поверхности острия, отдавая ему при этом свои электроны. Образовавшиеся положительные ионы приобретают под воздействием поля радиальное ускорение, перпендикулярное поверхности острия, устремляются к флуоресцирующему экрану, имеющему отрицательный потенциал, и бомбардируют его. Свечение отдельного элемента экрана пропорционально плотности ионного тока, приходящегося на него. В связи с этим распределение свечения на экране показывает в увеличенном масштабе, как расположены плотности возникновения ионов около острия. Масштаб увеличения можно найти как отношение радиуса экрана к радиусу кривизны острия (чем меньше острие, тем больше увеличение).

В электрическом поле вероятность прямой ионизации газа весьма значительна, если на расстояниях, сопоставимых с размерами атома (молекулы) газа, возникает падение потенциала, сопоставимого с ионизационным потенциалом данной частицы. Напряженность этого поля очень велика. Такое сильное поле можно легко образовать у поверхности острия при довольно малом радиусе кривизны поверхности – от 100 до 1000 A Именно этим объясняется применение в ионных проекторах образца, имеющего вид тонкого острия. Происходящий в сильном поле острия в ионном проекторе процесс ионизации газа получил название автоионизации.

Около острия электрическое поле неоднородно, потому что над отдельными выступающими атомами, либо над ступеньками кристаллической решетки его локальная напряженность увеличивается: на данных участках вероятность автоионизации значительно выше и число ионов, которые образуются в единицу времени, соответственно больше.

На экране подобные участки показаны в виде ярких точек. Другими словами, появление контрастного изображения поверхности обуславливается существованием у нее локального микрорельефа. Ионный ток, а вместе с ним контрастность и яркость изображения увеличиваются с увеличением давления газа, которое в ионных проекторах, как правило, не превышает приблизительно 0,001 мм рт. ст.; при более высоком давлении начинает появляться газовый разряд.

Разрешающая способность ионных проекторов, как правило, зависит от касательных, проведенных относительно поверхности острия, которые составляют тепловые скорости ионов и зависят от напряженности у острия ноля. В отличие от электронного проектора в ионном проекторе воздействие дифракции на разрешающую способность сравнительно невелико вследствие гораздо большей массы ионов (по сравнению с электронами). Разрешение ионных проекторов в значительной степени зависит от поляризуемости атомов (или молекул) рабочего газа; наиболее подходящие для использования в ионных проекторах газы с малой автоионизацией (водород, гелий). Большинство частиц газа доходит до поверхности острия неионизированными. При стандартных температурах они в дальнейшем покидают ее, имея большие касательные составляющие скорости. При охлаждении острия до температуры жидкого азота или водорода (20—78 К) неионизированные молекулы на некоторое количество времени «прилипают» к нему, теряя при этом свою кинетическую энергию. Их ионизация осуществляется после испарения с острия.

Ионные проекторы широко используются для исследования различных дефектов в кристаллах, в частности повреждений и дислокаций, которые вызваны радиоактивным облучением; атомной структуры чистых металлов и сплавов и связи ее с их механическими свойствами; воздействия методов обработки на свойства материалов. С его помощью изучают свойства тонких пленок, осажденных на поверхности металлов, процессы адсорбции, коррозии и десорбции. Сравнение результатов исследований в ионном проекторе и в электронном проекторе позволяет получить существенную информацию об электронных свойствах металлов, пленочных систем и сплавов, очень важную в современной электронике. Проводятся работы, ставящие перед собой цель изучить с помощью ионных проекторов структуры биологических молекул.

Квантовый усилитель

Квантовый усилитель – устройство, предназначенное для усиления электромагнитных волн с помощью вынужденного излучения возбужденных ионов, молекул или атомов. Эффект усиления в квантовых усилителях связан с переменой энергии внутриатомных электронов, перемещение которых описывается квантовой механикой. Поэтому, в отличие от ламповых усилителей, где применяются потоки свободных электронов, перемещение которых полностью описывается классической механикой, данные усилители получили название квантовых.

Так как помимо вынужденных квантовых переходов возбужденных атомов в состояние с меньшей энергией допустимы их самопроизвольные (спонтанные) переходы, в результате возникновения которых излучаются волны, имеющие случайные поляризацию, фазу и амплитуду, то они прибавляются к усиливаемой волне в качестве шумов. Спонтанное излучение представляется единственным, неустранимым источником шумов квантовых усилителей. Мощность спонтанного излучения в радиодиапазоне весьма невелика и быстро возрастает при переходе к оптическому диапазону. В связи с этим квантовые усилители радиодиапазона отличаются очень низким уровнем собственных шумов. Из-за чрезвычайно низкого уровня шумов возрастает чувствительность квантовых усилителей, т. е. велика способность усиливать весьма слабые сигналы. Квантовые усилители используются в качестве входных ступеней в самых высокочувствительных радиоустройствах в диапазоне длин волн 0,4—50 см. Квантовые усилители радиодиапазона существенно увеличили дальность действия космических линий связи радиотелескопов, планетных радиолокаторов и с межпланетными станциями.

В оптическом диапазоне квантовые усилители широко применяются в качестве усилителей мощности лазерного излучения. Квантовые усилители света имеют много сходств по конструкции и принципу действия с квантовыми генераторами света.

Вынужденный переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, сопровождающийся излучением кванта электромагнитной энергии, что приводит к усилению колебаний, которое создается одним атомом, довольно мало. Однако если колебание частоты распространяется в веществе, которое содержит большое число эквивалентно возбужденных атомов, расположенных на уровне с повышенной энергией, то усиление может стать весьма большим. Атомы же, расположенные на нижнем уровне, в результате вынужденного поглощения ослабляют волну. В итоге вещество будет усиливать или ослаблять волну в зависимости от того, какие атомы в ней преобладают, возбужденные или невозбужденные.

Если вещество существует в состоянии термодинамического равновесия, то распределение частиц по уровням энергии зависит от его температуры, причем уровень с меньшей энергией более насыщен электронами, чем уровень с большей энергией.

Клавиатура компьютера

Клавиатура компьютера – устройство, имеющее комплект расположенных в конкретном порядке клавиш, нажатие на которые дает возможность ввода в компьютер команд или символов. Клавиатура может быть отображена на экране.

Расположение клавишей на клавиатуре полностью соответствует принятым стандартам, задает генерируемые коды и используемые ключи.

Клавиатуры можно разделить на несколько видов.

Универсальная клавиатура – клавиатура, клавиши которой являются:

  1) стандартным набором алфавитноцифровых клавиш;

  2) дополнительными функциональными и управляющими клавишами;

  3) клавишами управления курсором;

  4) малой цифровой клавиатурой.

Программируемая клавиатура – та, в которой некоторые клавиши могут быть настроены на определенные команды. В других случаях программирование клавиатуры дает возможность увеличить производительность труда.

Дополнительная клавиатура – блок вспомогательных и цифровых клавиш, расположенных в правой части стандартной клавиатуры персонального компьютера.

Периферийное устройство – часть технического обеспечения, специально отделенная от главного блока вычислительной системы.

Периферийные устройства содержат свое собственное управление и работают в соответствии с командами центрального процессора.

Периферийные устройства используются для внешней обработки данных, обеспечивающей их подготовку, ввод, управление, хранение, защиту, передачу на расстояние по каналам связи и вывод.

Компьютер

Компьютер – устройство, действующее автоматически по заранее определенной последовательности команд или программе для решения экономико-статистических и математических задач, задач управления и планирования производством и т. п.

Термин компьютер, как правило, отождествляют с электронными вычислительными машинами.

Различают два основных класса компьютеров:

  1) цифровые компьютеры, которые обрабатывают данные в виде числовых кодов, записанных в двоичной форме;

  2) аналоговые компьютеры, которые обрабатывают непрерывно изменяющиеся физические величины, являющиеся аналогами вычисляемых величин.

Можно также выделить несколько видов компьютеров.

Сетевой компьютер – компьютер, который является составляющей архитектуры компьютер – сеть и обладающий упрощенной структурой. Считается, что сетевой компьютер должен обладать базовым программным обеспечением, которое включает редактор просмотра, текстовый редактор и электронную почту.

Квантовый компьютер – проект компьютера, применяющего для вычислений основы квантовой теории. Такие компьютеры могут решать переборные задачи за время прямо пропорциональное сложности задачи. Идея квантовых вычислений предложена в 1980 г. Ю. И. Маниным.

Зеленый компьютер – компьютер, который характеризуется уменьшенным воздействием на окружающую среду. Зеленый компьютер дает возможность:

1) сохранить здоровье пользователей;

  2) снизить уровень электромагнитных и радиационных излучений;

  3) уменьшить выделения тепла;

  4) сберечь энергию.

Портативный персональный компьютер имеет автономное питание. Он предназначен для передвижений вместе с пользователем. Подобный компьютер содержит энергонезависимые запоминающие устройства, жидкокристаллический монитор, клавиатуру, а также средства соединения с периферийными устройствами.

Настольный персональный компьютер – данный компьютер имеет блочную структуру, которая собирается в зависимости от поставленных задач.

Мини-компьютер – компьютер с узкими возможностями обработки данных. Он работает со словами небольшой длины, имеет ограниченную оперативную память и сравнительно небольшое быстродействие.

Блокнотный персональный компьютер – данный компьютер имеет жидкокристаллический монитор, клавиатуру, жесткие диски.

Карманный персональный компьютер – портативный персональный компьютер минимальных размеров. В нем применяются малогабаритные жесткие диски, жидкокристаллический монитор, а также накопители на компьютерных карточках.

Мультимедиа-компьютер снабжен программными и аппаратными средствами, реализующими технологию мультимедиа.

Бездисковый компьютер не имеет гибких и жестких дисководов. Бездисковый компьютер обладает специальным ПЗУ, программа которого осуществляет загрузку компьютера по сети.

Домашний компьютер – бытовой персональный компьютер, который предназначен для использования в домашних условиях и ориентирован на непрофессиональных пользователей.

Магнитный диск

Магнитный диск – запоминающее устройство ЦВМ, носителем информации в котором является тонкий пластмассовый или алюминиевый диск, покрытый слоем магнитного материала. Используются магнитные диски диаметром от 180 до 1200 мм с толщиной 2,5—5 мм, в качестве магнитного покрытия применяются сплавы Ni – Со – Р, Со – W и др. Информация на магнитные диски наносится с помощью магнитной записи.

На рабочих поверхностях магнитных дисков информация хранится на концентрических дорожках и шифруется адресом, который указывает номера диска и дорожки на нем.

Каждой дорожке соответствует своя неподвижная записи либо считывания или одна подвижная магнитная головка, которая является общей для нескольких дорожек, а иногда и для нескольких дисков сразу.

Рычаг съема механизма выборки с закрепленными на нем магнитными головками двигается пневматическим или электрическим приводным механизмом, давая возможность подвести головки как к какому угодно из дисков, так и к какой угодно дорожке диска. Наиболее распространены конструкции устройств с «плавающими» головками. Как правило, запоминающее устройство на магнитных дисках имеет несколько десятков дисков, находящихся на общей оси, которая вращается электродвигателем. Возможна смена одного или нескольких дисков, что позволяет создавать дисковые картотеки.

Количество магнитных дисков в одном запоминающем устройстве может доходить до 100; на любой рабочей поверхности диска расположено от 64 до 5000 информационных дорожек; плотность записи 20—130 импульсов на 1 мм. На магнитных дисках информационная емкость запоминающих устройств от нескольких десятков тысяч до нескольких млрд бит, а среднее время доступа от 10 до 100 м/с.

Магнитные диски появились в середине 50-х гг. XX в. и мгновенно нашли широкое применение в связи с их довольно высокими техническими характеристиками.

Занимая по быстродействию среднее положение между внешними и оперативными запоминающими устройствами, магнитные диски обладают довольно большим объемом хранимых данных, а также, при высокой эксплуатационной надежности, низкой стоимостью на единицу запоминаемой информации.

Мазер

Мазер – в сантиметровом диапазоне квантовый генератор электромагнитного излучения. Мазер характеризуется узкой направленностью излучения, когерентностью и высокой монохроматичностью; используется в радиосвязи, радиолокации, радиоастрономии, а также в качестве генератора стабильных частот.

Машина логического вывода

Машина логического вывода – программа, которая моделирует механизм рассуждений и оперирует данными и знаниями с целью обнаружения новых данных из других данных и знаний, расположенных в рабочей памяти.

Как правило, машина логического вывода применяет программно реализованный механизм дедуктивного логического вывода, либо механизм поиска решения в семантической сети или сети фреймов.

Микропроцессор

Микропроцессор – процессор, сконструированный в виде одной либо нескольких взаимосвязанных интегральных схем. Микропроцессор имеет в своем составе цепи управления, сумматоры, регистры, счетчики команд и очень быструю память малого объема.

Некоторые микропроцессоры комплектуются сопроцессорами, которые расширяют набор выполняемых команд и возможности микропроцессоров.

Модем

Модем – внутреннее или внешнее устройство, которое подключается к компьютеру для приема и передачи сигналов по телекоммуникационным линиям. Для передачи сигнала модем переводит цифровой сигнал, который получен от компьютера, в аналоговую форму. Для приема сигнала модем осуществляет обратное преобразование.

Молекулярный генератор

Молекулярный генератор – устройство, в котором брэгговские электромагнитные колебания возникают за счет вынужденных квантовых переходов молекул из начального энергетического состояния в состояние с меньшей внутренней энергией.

Молекулярный генератор является первым квантовым генератором, разработанным в 1954 г. А. М. Прохоровым и Н. Г. Басовым в СССР и одновременно независимо от них Х. Цейгером, Дж. Гордоном и Ч. Таунсом в США. Оба варианта этого молекулярного генератора работали на молекулах аммиака и производили электромагнитные колебания с частотой 24 840 МГц.

Для генерации брэгговских колебаний нужно выполнение двух главных условий: в рабочем объеме устройства количество частиц в начальном состоянии должно превышать количество частиц в состоянии с меньшей внутренней энергией, необходимо достигнуть связь между частицами, которые излучают в разные моменты времени. В молекулярных генераторах первое условие обеспечивается электростатической сортировкой пучка молекул, а обратная связь с помощью объемного резонатора, который настроен на частоту, равную частоте излучения, сопровождающего переход молекулы из начального энергетического состояния в конечное. Пучок молекул образуется при вылете молекул из источника в вакуум сквозь узкие отверстия или капилляры.

Электростатическое распределение молекул по энергетическим состояниям в молекулярном генераторе базируется на том, что молекулы, которые обладают электрическим дипольным моментом, проходя сквозь неоднородное электрическое поле, отклоняются данным полем от прямолинейной траектории в зависимости от энергии. В первом молекулярном генераторе распределяющая система являлась квадрупольным конденсатором, имеющем в своем составе 4 параллельных стержня особой формы, скрепленных попарно с высоковольтным выпрямителем. Электрическое поле подобного конденсатора довольно неоднородно, что вызывает изменения траекторий молекул NH3, летящих вдоль его оси. Свойства молекул NH3 такие, что те из них, которые расположены в верхнем из используемой пары энергетическом состоянии, отклоняются к оси конденсатора и влетают внутрь объемного резонатора. Молекулы, расположенные в нижнем состоянии, откидываются в стороны и не попадают в него. Отсортированный подобным образом пучок имеет молекулы, расположенные в верхнем энергетическом состоянии. Попадая внутрь резонатора, подобные молекулы под воздействием его электромагнитного поля излучают фотоны. Они по-прежнему находятся внутри резонатора, увеличивая вероятность вынужденного излучения для молекул, которые пролетают позже, и усиливая его поле. Если интенсивность пучка активных молекул такая, что вероятность вынужденного излучения фотона превышает вероятность поглощения фотона в стенках резонатора, то образуется процесс самовозбуждения, т. е. на частоте перехода быстро возрастает интенсивность электромагнитного поля резонатора за счет внутренней энергии молекул пучка. Это увеличение останавливается, когда поле в резонаторе доходит до величины, при которой вероятность вынужденного испускания становится настолько большой, что половина молекул пучка успевает испустить фотон за время пролета резонатора. При этом в целом для пучка вероятность поглощения сравнивается с вероятностью вынужденного испускания.

Мощность, которая генерируется молекулярным генератором на пучке молекул NH3, составляет 10-8 Вт, стабильность частоты генерации лежит в пределах 10-7—1011.

В дальнейшем были изобретены молекулярные генераторы на базе других дипольных молекул, которые работают в диапазоне миллиметровых и сантиметровых волн, и на пучке атомов водорода квантовые генераторы, работающие на длине волны 21 см. Данные приборы, как и квантовые усилители радиодиапазона, случается, называют мазерами. Существует несколько конструктивных вариантов молекулярных генераторов, которые отличаются устройством распределяющих систем, количеством резонаторов и т. п. К молекулярным генераторам относят в том числе и квантовые генераторы – генератор электромагнитных волн, в которых применяется явление вынужденного излучения. Первый квантовый генератор был сконструирован в диапазоне СВЧ в 1955 г. Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и одновременно Ч. Таунсом в США. В качестве активной среды в нем применялся пучок молекул аммиака. Поэтому ему дали название молекулярного генератора. Впоследствии был сконструирован квантовый генератор СВЧ на пучке атомов водорода. Главная особенность этих квантовых генераторов – высокая стабильность частоты генерации, которая достигает 10—13, в силу чего они применяются как квантовые стандарты частоты.

Квантовые генераторы оптического диапазона – это лазеры. Оптические квантовые генераторы или ОКГ появились в 1960 г.

Лазеры работают от ультрафиолетовой до субмиллиметровой областей спектра в широком диапазоне длин волн, в непрерывном и импульсном режимах.

Существуют лазеры на стеклах и кристаллах, полупроводниковые, жидкостные и газовые. В отличие от других источников света, лазеры излучают монохроматические высококогерентные световые волны, полная энергия которых концентрируется в весьма узком телесном угле.

Мультиплексор

Мультиплексор – программа или устройство, которое позволяет передавать одновременно по одной коммуникационной линии несколько разных потоков информации.

Корпус микросхемы может содержать несколько мультиплексорных схем. Выход мультиплексора может быть инверсным или прямым; программа может иметь синхронизирующий вход. Число управляющих входов у их микросхем, как правило, находится в пределе 1—4. При необходимости построения мультиплексоров, имеющих большое число входов, строятся каскадные схемы.

Мышь

Мышь – устройство управления курсором, которое имеет вид маленькой коробки. Перемещения мыши по поверхности стола преобразовываются в соответствующие движения курсора по экрану монитора. Как правило, мышь имеет две или три клавиши, которые позволяют задавать начало и конец движения, производить выбор меню и т. п. Мышь может иметь и дополнительные кнопки, расположенные по бокам.

Первоначально мыши имели внизу шарик, с помощью которого движения передавались анализирующим их устройствам. Наличие этого шарика ограничивало выбор поверхности передвижения мыши, так как она должна была иметь очень хорошее сцепление с поверхностью. Для этих целей использовались специальные коврики. В дальнейшем вместо шарика стали применяться лазеры, что позволило передвигать мышь практически на любой поверхности. Однако до недавнего времени оставалась неразрешенной и еще одна задача: мышь подключалась к компьютеру с помощью провода, что осложняло работу с ней. Поэтому в последнее время стали производить беспроводные мыши.

Оперативное запоминающее устройство

Оперативное запоминающее устройство – быстрое запоминающее устройство, которое непосредственно связано с процессором и предназначено для считывания, хранения и записи данных и выполняемых программ.

ОЗУ делятся на статические и динамические.

  I. Статические ОЗУ реализованы на триггерах. Порядок действия ОЗУ определяется этапами.

  1. Устанавливается режим (запись, чтение).

  2. На входную шину подается информация (при записи).

  3. Одновременно подается адрес, который декодируется с помощью дешифратора адреса. В результате выбирается ячейка памяти, в которую с помощью блока усилителей записи будет записана информация.

Статические ОЗУ используются при организации многокорпусных запоминающих устройств.

II. В динамических запоминающих устройствах информация хранится в виде заряда запоминающего конденсатора.

Современные динамические запоминающие устройства проектируется на основе однотранзисторных запоминающих устройств, что позволяет иметь большую информационную емкость, меньшую потребляемую мощность и стоимость.

Операционный усилитель

Операционный усилитель – в аналоговой вычислительной технике решающий усилитель, не имеющий цепей обратной связи.

Решающий усилитель – в аналоговых вычислительных машинах комплексное устройство, которое состоит из внешних элементов, образующих цепь обратной связи, и постоянного тока усилителя, предназначен для осуществления некоторых математических операций над аналоговыми величинами, как, например, дифференцирование, интегрирование, суммирование, умножение на постоянные коэффициенты и др. Именно отсюда усилитель, не имеющий цепи обратной связи, получил название операционного усилителя (ОУ). Решающие усилители могут быть магнитными, гидравлическими, пневматическими и др.; наиболее распространены электронные решающие усилители, в которых в качестве сигналов применяются ток или электрическое напряжение.

Погрешность при выполнении операций решающим усилителем связана с неточностью номиналов элементов цепи обратной связи, их малоустойчивостью и неидеальностью ОУ. Чем больше входное сопротивление ОУ и коэффициент усиления и чем меньше его выходное сопротивление, тем меньше погрешность. На увеличение погрешности существенное влияние оказывают сдвиг нуля напряжения питания и паразитный входной ток, генерируемый ОУ, их нестабильность – дрейф при изменении температуры и во времени, и шумы. Динамическая погрешность решающего усилителя тем меньше, чем больше частота среза и шире полоса пропускания, а также чем больше скорость нарастания выходного напряжения.

Оптический диск

Оптический диск – сконструированный в форме диска оптический накопитель, в котором считывание и запись данных производится лазером при помощи луча света.

Магнитооптический диск – оптический диск, позволяющий многократно перезаписывать данные. В магнитооптических дисках:

  1) запись производится при нагревании лазером участка диска за счет изменения вектора намагниченности;

  2) чтение производится с помощью отраженного маломощного луча лазера.

Оптрон

Опрон – прибор, который состоит из фотоприемника и излучателя света, связанных оптически друг с другом и помещенных в одном корпусе. Иногда оптроном называют пару «излучатель – фотоприемник», с какими угодно видами электрической и оптической связи между ними.

Оптроны применяют для связи частей радиоэлектронных устройств (в основном измерительной и вычислительной автоматики и техники), при которой одновременно обеспечивается электрическая развязка между ними, а также для бесконтактного управления электрическими цепями. Конструирование оптронов началось в 60-е гг. XX в.

В излучателе оптрона входной электрический сигнал переходит в световой и по оптическому каналу передается в фотоприемник, где он опять преобразуется в электрический. Излучателем, как правило, является полупроводниковый светоизлучающий диод, промежуточной средой оптического канала – оптические клеи, волоконные световоды, воздух, стекла; фотоприемником – фототранзистор, фотодиод, фоторезистор, фототиристор и др.

Выходные характеристики оптрона определяет тип фотоприемника. К выходу оптронов подключают преобразователи и усилители сигналов фотоприемника, как правило, в интегральном исполнении.

Данное устройство в общем называется оптронной интегральной схемой. Главные свойства оптронов: однонаправленность потока информации, почти полная электрическая развязка выходных и входных цепей, высокая электрическая прочность, широкая полоса пропускания (начиная от постоянного тока), отсутствие обратной реакции приемника на излучатель, большой срок службы, малые масса и габариты.

Ортикон

Ортикон – передающая телевизионная трубка, имеющая мозаичный фотокатод, в которой световое изображение преобразуется в электрическое, а затем считывается пучком медленных электронов. Ортикон изобретен американскими инженерами А. Розом и Х. Ямсом в 1939 г. Передаваемое изображение отображается на мишени ортикона – тонкой стеклянной пластинке, которая покрыта полупрозрачным электропроводящим слоем со стороны объекта, являющимся сигнальной пластиной, и мелкозернистым фотоактивным слоем со стороны электронного прожектора, являющимся мозаичным фотокатодом. Фототек заряжает простейшие конденсаторы, созданные сигнальной пластиной и зернами мозаики, образовывая на поверхности мишени так называемый потенциальный рельеф. Происходящий время от времени разряд конденсаторов производится электронным лучом, со стороны мозаики построчно пробегающим мишень. При этом в цепи сигнальной пластины образуется видеосигнал. Характеристика «свет»—«сигнал» ортикона во всем рабочем диапазоне освещенностей является линейной. Ортикон приблизительно в 20 раз чувствительнее иконоскопа, главным образом из-за более эффективного использования фототока. В 50-х гг. XX в. ортикон заменил более совершенный суперортикон.

Перемножающее устройство

Перемножающее устройство – множительно-делительный элемент, часть вычислительной машины либо отдельное устройство, в котором производятся операции умножения (деления) над числами, представленными в цифровой или аналоговой форме. Действие перемножающего устройства у аналоговых вычислительных машин базируется на реализации аппаратурными средствами математических и физических зависимостей, которые позволяют преобразовывать входные сигналы в выходной сигнал, равный их произведению. При этом в разных моделях применяют: физические явления и законы (например, эффект Холла, закон Ома и др.); нелинейность характеристик электронных устройств (например, нелинейный участок ВАХ диода); тождественные математические преобразования, которые позволяют заменить операцию умножения двух величин иными математическими операциями над этими величинами, либо над их функциями, разнообразные радиотехнические методы преобразования сигналов, которые математически представляют собой перемножение двух величин, например всевозможные виды модуляции.

В цифровых вычислительных машинах операция перемножения, как правило, осуществляется в арифметическом устройстве. В специальных ЦВМ перемножающее устройство иногда заключают в функционально ориентированный блок; в данном случае наиболее часто применяют матричный метод умножения, при котором при помощи матрицы логических элементов образовывают одновременно все поразрядные произведения, а потом их суммируют. Используют также табличные перемножающие устройства, которые содержат постоянные запоминающие устройства, хранящие, например, таблицы антилогарифмов и логарифмов; в подобном случае коды сомножителей являются адресами ячеек, где записаны их логарифмы. После суммирования логарифмов определяют адрес ячейки таблицы антилогарифмов, из которой считывают результат.

В гибридных вычислительных системах применяют комбинированные перемножающие устройства, когда, например, один из сомножителей в виде цифрового кода заводят на вход цифроаналогового преобразователя, а вторым сомножителем, уже в аналоговой форме, корректируют опорное напряжение на матрице сопротивлений. На выходе преобразователя получают итог перемножения в виде аналоговой величины.

Перфокарта

Перфокарта – перфорационный носитель кодированной цифровой информации. Перфокарта является прямоугольниками размером 187,4 × 82,5 мм из тонкого, механически прочного картона.

Полупроводниковый детектор

Полупроводниковый детектор – в ядерной физике прибор, предназначенный для фиксации ионизирующих излучений, главным элементом которого является полупроводниковый кристалл. Полупроводниковый детектор работает сходно с ионизационной камерой с тем лишь отличием, что ионизация осуществляется не в газовом промежутке, а внутри кристалла. Полупроводниковый детектор является полупроводниковым диодом, на который подается обратное напряжение, равное приблизительно 102 В. Слой полупроводника около границы р-n-перехода «обеднен» с объемным зарядом носителями тока (дырками и электронами проводимости) и имеет высокое удельное электросопротивление. Заряженная частица, попадая в него, создает дополнительные электронно-дырочные пары, которые под воздействием электрического поля «рассасываются», продвигаясь к электродам полупроводникового детектора. В результате во внешней цепи полупроводникового детектора образуется электрический импульс, который в дальнейшем усиливается и фиксируется.

Заряд, скопленный на электродах полупроводникового детектора, пропорционален энергии, которая выделилась частицей при прохождении через обедненный слой. Вследствие чего, если частица полностью остановится в чувствительном слое, полупроводниковый детектор может работать в качестве спектрометра. Средняя энергия, которая необходима для образования в полупроводнике 1 электронно-дырочной пары, довольно мала. В сочетании с высокой плотностью вещества это дает возможность получить спектрометр с высокой разрешающей способностью, достигающей 0,1% для энергии, равной 1 Мэв. В том случае, если частица полностью останавливается в чувствительном слое, эффективность ее регистрации достигает практически 100%. Большая подвижность носителей тока в Ge и Si позволяет получить заряд за время ~ 10 нс, что обуславливает высокое временное разрешение полупроводникового детектора.

В первых полупроводниковых детекторах (1956—1957) применялись сплавные или поверхностно-барьерные p-n-переходы в Ge. Данные полупроводниковые детекторы приходилось охлаждать, чтобы снизить уровень шумов, они обладали малой глубиной чувствительной области и не получили значительного распространения. Практическое использование получили в 1960-е гг. полупроводниковые детекторы в виде поверхностно-барьерного перехода в Si. В случае поверхностнобарьерного полупроводникового детектора глубина чувствительной области определяется величиной запирающего напряжения. Эти полупроводниковые детекторы обладают малым шумом при комнатной температуре и используются для фиксации короткопробежных частиц, а также для измерения удельных потерь энергии.

Для фиксации длиннопробежных частиц в 1970—1971 гг. были изобретены полупроводниковые детекторы p-i-n-типа. В кристалл Si р-типа внедряется примесь Li. Ионы Li подвигаются в р-области перехода под воздействием электрического поля и, компенсируя акцепторы, образуют широкую чувствительную i-область собственной проводимости, глубина которой зависит от глубинной диффузии ионов Li и достигает 5 мм. Подобные дрейфовые кремний-литиевые детекторы применяются для фиксации протонов с энергией до 25 Мэв, электронов – до 2 Мэв, дейтронов – до 20 Мэв и др.

Следующий шаг в развитии полупроводниковых детекторов был сделан возвращением к Ge, который обладает большим порядковым номером и большей эффективностью для фиксации гамма-излучения. Дрейфовые германийлитиевые плоские полупроводниковые детекторы используются для фиксации g-квантов с энергией, достигающей несколько сотен кэв. Для фиксации g-квантов с энергией, достигающей 10 Мэв, применяются коаксиальные германийлитиевые детекторы с чувствительным объемом до 100 см3. Эффективность фиксации g-квантов с энергией меньше 1 Мэв равна 10% и падает при энергиях больше 10 Мэв до 0,1—0,01%.

Для частиц, обладающих высокой энергией, пробег которых не укладывается в чувствительной области, полупроводниковые детекторы дают возможность, помимо фиксации частицы, определить удельные потери энергии, а в некоторых устройствах координату частицы.

Недостатками полупроводниковых детекторов являются: малая эффективность при фиксации g-квантов больших энергий; ухудшение разрешающей способности при загрузках более 104 частиц в секунду; конечное время жизни полупроводникового детектора при высоких дозах облучения вследствие накопления радиационных дефектов. Небольшие габариты доступных монокристаллов ограничивают использование полупроводниковых детекторов в ряде областей.

Дальнейшее развитие полупроводниковых детекторов связано с получением «сверхчистых» полупроводниковых монокристаллов довольно больших размеров и с возможностью применения GaAs, SiC, CdTe. Полупроводниковые детекторы широко используются в физике элементарных частиц, ядерной физике, а также в химии, медицине, геологии и в промышленности.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – двухэлектродный электронный прибор на базе полупроводникового (ПП) кристалла.

Понятие полупроводниковый диод объединяет приборы с разными принципами действия, которые имеют многофункциональное назначение. Система классификации полупроводниковых диодов соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов.

В наиболее широком классе электропреобразовательных полупроводниковых диодов различают: импульсные диоды, выпрямительные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (видеодетекторы, параметрические, смесительные, генераторные и усилительные, умножительные, переключательные). Среди оптоэлектронных полупроводниковых диодов выделяют ПП квантовые генераторы, светоизлучающие диоды и фотодиоды.

Наиболее многочисленны полупроводниковые диоды, действие которых базируется на применении свойств электронно-дырочного перехода, другими словами р-n-перехода. Если к р-n-переходу диода приложить напряжение в прямом направлении, т. е. подать на его р-область положительный потенциал, то потенциальный барьер, который соответствует переходу, снижается и начинается интенсивный ввод дырок из р-области в n-область и электронов из n-области в р-область. Тем самым по диоду начинает течь большой прямой ток. Если приложить напряжение в обратном направлении, то потенциальный барьер повышается и через р-n-переход протекает очень малый ток вторичных носителей заряда (обратный ток).

На резкой несимметричности вольтамперной характеристики (ВАХ) базируется работа выпрямительных диодов. Для выпрямительных устройств и других сильноточных электрических цепей производятся выпрямительные полупроводниковые диоды, имеющие допустимый выпрямленный ток до 300 А и максимально допустимое обратное напряжение в пределах от 20—30 В до 1—2 кВ. Полупроводниковые диоды аналогичного использования для слаботочных цепей имеют выпрямленный ток < 0,1 А и называются универсальными. При напряжениях, превышающих максимально допустимое обратное напряжение, ток резко возрастает, и появляется необратимый тепловой пробой р-n-перехода, который приводит к выходу полупроводникового диода из строя. С целью повышения максимально допустимого обратного напряжения до нескольких десятков кВ применяют выпрямительные столбы, в которых несколько идентичных выпрямительных полупроводниковых диодов соединены последовательно и расположены в общем пластмассовом корпусе. Инерционность выпрямительных диодов ограничивает частотный предел их использования (как правило, областью частот 50—2000 Гц).

Применение специальных технологических приемов (легирование кремния и германия золотом) позволило создать быстродействующие импульсные полупроводниковые диоды, применяемые, наряду с диодными матрицами, как правило, в слаботочных сигнальных цепях ЭВМ.

При невысоких пробивных напряжениях, как правило, развивается не тепловой, а обратимый лавинный пробой р-n-перехода, т. е. резкое нарастание тока при почти постоянном напряжении, называется напряжением стабилизации. На использовании подобного пробоя базируется работа полупроводниковых стабилитронов. Стабилитроны общего назначения с напряжением стабилизации от 3—5 до 100—150 В используют в основном в стабилизаторах и ограничителях импульсного и постоянного напряжения; прецизионные стабилитроны, у которых встраиванием компенсирующих элементов достигается высокая температурная стабильность, – в качестве источников опорного и эталонного напряжений.

В предпробойной области обратный ток диода подвержен значительным флуктуациям; это свойство р-n-перехода применяют для создания генераторов шума. Инерционность развития лавинного пробоя в р-n-переходе обусловливает сдвиг фаз между напряжением и током в диоде, вызывая (при определенной схеме включения) генерирование СВЧ-колебаний. Это свойство успешно применяют в лавинно-пролетных полупроводниковых диодах, которые позволяют осуществлять генераторы с частотами до 150 ГГц.

Для преобразования и детектирования электрических сигналов в области СВЧ применяют смесительные полупроводниковые диоды и видеодетекторы, в большинстве которых р-n-переход расположен под точечным контактом. Это позволяет достигнуть малого значения емкости, а специфическое конструктивное оформление задает малые значения паразитных индуктивности и емкости, а также возможность монтажа диода в волноводных системах.

При подаче на р-n-переход обратного смещения, которое не превышает максимально допустимого обратного напряжения, он ведет себя как высокодобротный конденсатор, у которого емкость зависит от величины действующего на нее напряжения. Это свойство применяют в варикапах, используемых преимущественно для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров, в умножительных диодах и варакторах, служащих для умножения частоты колебаний в диапазоне СВЧ, в параметрических полупроводниковых диодах, используемых для усиления СВЧ-колебаний. В этих полупроводниковых диодах стремятся уменьшить величину сопротивления, являющегося основным источником активных потерь энергии, и усилить зависимость емкости от максимально-допустимого обратного напряжения.

У р-n-перехода на базе вырожденного полупроводника область, которая обеднена носителями заряда, является очень тонкой (~ 10—2 мкм), и для нее становится значительным туннельный механизм перехода дырок и электронов через потенциальный барьер. На этом свойстве базируется работа туннельного диода, используемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах, в генераторах и усилителях колебаний СВЧ, а также обращенного диода, используемого в качестве детектора слабых сигналов и смесителя СВЧ-колебаний.

К полупроводниковым диодам относят также ПП приборы с двумя выводами, содержащие неуправляемую четырехслойную р-n-р-n-структуру и называют динисторами, а также Ганна диоды. В полупроводниковых диодах применяют и другие разновидности ПП структур: контакт металл – полупроводник и р-i-n-структуру, свойства которых во многом схожи с характеристиками р-n-перехода.

Свойство р-i-n-структуры менять свои электрические характеристики под воздействием излучения применяют в детекторах ядерных излучений и фотодиодах, устроенных таким образом, что ядерные частицы или фотоны могут поглощаться в активной области кристалла, которая непосредственно примыкает к р-n-переходу, и менять величину обратного тока последнего. Эффект излучательной рекомбинации дырок и электронов применяется в светоизлучающих диодах. К полупроводниковым диодам можно отнести также и полупроводниковые лазеры.

Большинство полупроводниковых диодов изготавливают, применяя планарноэпитаксиальную технологию, которая позволяет сразу получать до нескольких тысяч полупроводниковых диодов. В качестве полупроводниковых материалов для них используют главным образом кремний, а также германий и т. д., в качестве контактных материалов – золото, алюминий, медь. Для защиты кристалла полупроводникового диода его, как правило, помещают в металлокерамический, металлостеклянный, пластмассовый или стеклянный корпус.

В СССР для обозначения полупроводниковых диодов используют шестизначный шифр, первая буква которого характеризует применяемый полупроводник, вторая определяет класс диода, цифры означают порядковый номер типа, а последняя буква – его группу.

От своих электровакуумных аналогов полупроводниковые диоды отличаются значительно большими долговечностью и надежностью, лучшими техническими характеристиками, меньшими габаритами, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве областей использования. С развитием ПП электроники совершился переход к производству наряду с дискретными полупроводниковыми диодами диодных структур в функциональных устройствах и ПП монолитных интегральных схемах, где полупроводниковый диод неотделим от всей конструкции устройства.

Полупроводниковый лазер

Полупроводниковый лазер – лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества, полупроводниковый квантовый генератор. В полупроводниковых лазерах в отличие от лазеров других типов применяются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии ионов, молекул и атомов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла. В полупроводниковых лазерах возбуждаются и излучают атомы, образующие кристаллическую решетку. Это отличие определяет главную особенность полупроводниковых лазеров – компактность и малые размеры. В полупроводниковых лазерах удается получить показатель оптического усиления до 104 см, хотя, как правило, для возбуждения генерации лазера необходимы и меньшие значения. Другими практически важными отличиями полупроводниковых лазеров являются: малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 ГГц); высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); возможность перестройки длины волны излучения и наличие большого числа полупроводников, которые непрерывно перекрывают интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм; простота конструкции.

Потенциалоскоп

Потенциалоскоп – электронно-лучевой прибор с видимым изображением, предназначенный для записи информации, которая в виде электрических сигналов подается на его входной электрод, ее хранения и дальнейшего воспроизведения на люминесцентном экране. Записывающий электронный луч потенциалоскопа, преобразованный получаемым сигналом, двигаясь по мишени, выбивает с ее диэлектрической поверхности вторичные электроны и на ней создает переменный потенциал. Смена потенциала пропорциональна времени действия записывающего луча и силе тока. Полученный на мишени потенциальный рельеф преобразовывает воспроизводящий пучок электронов, проектирующий изображение на экране. В полутоновых потенциалоскопах потенциал мишени является отрицательным по отношению к потенциалу катода отображающего прожектора, поэтому электроны отображающего пучка не попадают на мишень и записанное изображение остается на ней в течение некоторого времени.

В бистабильных потенциалоскопах потенциал мишени является положительным по отношению к потенциалу катода отображающего прожектора, и отображающий пучок приводит ее потенциал к двум стабильным значениям, из-за чего изображение не теряется длительное время.

Потенциалоскопы с видимым изображением используют для наблюдения однократных и иногда повторяющихся сигналов в устройствах вывода информации ЭВМ, радиолокационных индикаторах, осциллографах и т. д. В осциллографах потенциалоскопы имеют яркость свечения 2—150 Нт, разрешающую способность (которая определяется числом линий, приходящихся на какую-либо сторону изображения на экране или на диаметр потенциалоскопа) 60—200 линий и полное время воспроизведения 1—600 мин.

Потенциалоскопами называют также любую запоминающую электронно-лучевую трубку.

Принтер

Принтер – в вычислительной технике функционирующее самостоятельно или входящее в состав ЭВМ устройство, с помощью которого результаты обработки информации выводятся на бумагу или носитель записи в доступной для зрительного восприятия графической, цифровой или буквенной форме.

Наиболее широко используют печатающие устройства, в которых отпечаток символа наносится на бумагу механически, посредством нажатия выпуклой литеры через красящую ленту (в некоторых конструкциях печатающих устройств не литера прижимается к бумаге, а она особым гладким «молоточком» прижимается через красящую ленту к выпуклой поверхности неподвижной литеры). Не так распространены печатающие устройства с магнитографической и электрографической печатью, струйные, фотооптические и др.

Печатающие устройства делятся на листовые, в которых информация записывается на листы бумаги, и рулонные, имеющие запись информации на рулонную бумажную ленту, впоследствии разрезаемую и фальцуемую на листы. По типу перемещения носителя записи различают печатающие устройства, имеющие непрерывную подачу, в которых печатные знаки отпечатываются на движущийся носитель, и печатающие устройства, имеющие прерывистую подачу, в которых носитель записи неподвижен в момент печати.

Главным элементом механического печатающего устройства является печатающий механизм, который состоит из печатающего органа – колесо с выпуклыми литерами, сферическая головка или литерный рычаг и системы привода. Для того чтобы сделать оттиск знака, печатающее устройство автоматически видоизменяет код данного знака, который поступил от ЭВМ, в электрический сигнал, либо приводящий в движение определенный литерный рычаг, либо поворачивающий сферическую печатающую головку необходимым знаком к бумаге, либо устанавливает цифровое колесо в такое положение, при котором нужная литера оказывается напротив молоточка. Механические печатающие устройства работают сравнительно медленно, скорость их работы зависит от инерционности подвижных элементов и в зависимости от конструкции может достигать для знакопечатающих 20 знаков в секунду и для строкопечатающих печатающих устройств 200—300 строк в минуту. Для уменьшения веса подвижных элементов в некоторых печатающих устройствах, называемых растровыми или матричными, печатный знак образует совокупность точек, которые отпечатываются независимо управляемыми проволочными пуансонами.

В немеханических печатающих устройствах изображение печатаемых знаков образуется автоматически либо с помощью иных или оптических специальных средств, либо на экране электроннолучевой трубки и переносится на бумагу электрическим или оптическим способом. Полученное подобным образом изображение закрепляют прожиганием бумаги, либо термическим или химическим способом с использованием термо– или фоточувствительной бумаги, либо нанесением красящего порошка, который оседает на электрически заряженных участках бумаги и фиксируется химическим или термическим способом. В зависимости от технологических и конструктивных особенностей таких печатающих устройств скорость печати составляет от 100 до 3000 знаков в секунду.

Среди печатающих устройств особое место занимают принтеры. Существует несколько видов принтеров:

Лазерный принтер – печатающее устройство, применяемое в электронных настольных системах для изготовления воспроизводимого оригиналмакета.

Принцип работы лазерного принтера: лазерный луч засвечивает на светочувствительном цилиндре соответствующие символам точки, которые заряжаются электричеством, из-за чего к ним прилипает красящий порошок, который переносится на бумагу и при подогреве фиксируется на ней.

Матричный принтер – печатающее устройство, применяемое в электронных настольных системах, как правило, для распечатки корректурных оттисков.

Изображение в матричном принтере переносится на бумагу ударом иголок через красящую ленту. Можно создать на матричном принтере с большим числом иголок и воспроизводимый оригинал-макет среднего качества.

Матричные принтеры дешевле лазерных и струйных принтеров, могут печатать копии через копирку, нетребовательны к бумаге, легки в обслуживании, допускают многократное обновление красителя на ленте, но у него есть минусы: шум при работе, невысокое качество печати, ручная подача бумаги.

Струйный принтер – печатающее устройство в электронных настольных системах, работа которого базируется на переносе мелких капелек чернил из резервуаров под воздействием электронных импульсов на бумагу.

Рентгеновская трубка

Рентгеновская трубка – электровакуумный прибор, который служит источником рентгеновского излучения. Подобное излучение появляется при торможении электронов, которые испускаются катодом, и их ударе об анод; при этом энергия электронов, их скорость в пространстве между анодом и катодом увеличена сильным электрическим полем, частично модифицируется в энергию рентгеновского излучения. Излучение рентгеновской трубки является наложением тормозного рентгеновского излучения на специфическое излучение вещества анода. Рентгеновские трубки различают: по способу получения потока электронов – с катодом, который подвергается бомбардировке положительными ионами и с радиоактивным источником электронов, автоэмиссионным катодом, термоэмиссионным катодом; по способу вакуумирования – разборные, отпаянные; по времени излучения – импульсные, непрерывного действия; по типу охлаждения анода – с радиационным, масляным, воздушным, водяным охлаждением; по размерам фокуса – микрофокусные, острофокусные и макрофокусные; по его форме – линейчатой, круглой, кольцевой формы; по способу фокусировки электронов на анод – с электромагнитной, магнитной, электростатической фокусировкой.

Рентгеновские трубки используют в рентгеновском структурном анализе, рентгеновской микроскопии, дефектоскопии, рентгенодиагностике, рентгенотерапии, рентгеновском спектральном анализе и микрорентгенографии. Наибольшее использование во всех областях находят отпаянные рентгеновские трубки с электростатической системой фокусировки электронов, водоохлаждаемым анодом, термоэмиссионным катодом. Термоэмиссионный катод рентгеновской трубки, как правило, является прямой нитью или спиралью из вольфрамовой проволоки, которая накаливается электрическим током. Рабочий участок анода представляет собой металлическую зеркальную поверхность, расположенную к потоку электронов перпендикулярно или под некоторым углом. Для получения сплошного спектра рентгеновского излучения высоких интенсивности и энергий применяют аноды из Au, W; в структурном анализе применяются рентгеновские трубки с анодами из Ti, Cr, Fe, Cu, Mo, Co, Ni, Ag. Основные характеристики рентгеновской трубки – удельная мощность, рассеиваемая анодом (10—104 Вт/мм2), предельно допустимое ускоряющее напряжение (1—500 кВ), электронный ток (0,01 мА – 1А), общая потребляемая мощность (0,002 Вт – 60 кВт) и размеры фокуса (1 мкм – 10 мм). КПД рентгеновской трубки составляет от 0,1 до 3%.

Ртутный вентиль

Ртутный вентиль – общее название ионных приборов самостоятельного дугового разряда, имеющих жидкий ртутный катод. Ртутные вентили применяют в основном в качестве электрических вентилей в мощных промышленных инверторных и выпрямительных установках или в импульсных устройствах в качестве управляемых разрядников. Ртутный вентиль состоит из герметичной (как правило, металлической) оболочки и расположенных внутри нее ртутного катода, дополнительных электродов и основного (стального или графитового) анода, таких как зажигатель, деионизационный фильтр, анод возбуждения, управляющая сетка. Давление остаточного газа внутри оболочки ртутного вентиля составляет порядка 10-2—10-3 Н/м2. Источником электронов в нем является небольшая часть поверхности катода – катодное пятно. В часть периода переменного напряжения, когда ртутный вентиль имеет высокую проводимость, между основным анодом и катодом горит самостоятельный дуговой разряд в ртутных парах, появляющихся вследствие испарения ртути катода. По методу управления моментом зажигания дугового разряда ртутные вентили можно разделить на экситроны и игнитроны, по величине рабочего напряжения на основном аноде – на высоковольтные (обычно свыше 50 кВ) и низковольтные (как правило, до 5—10 кВ).

Светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод – полупроводниковый прибор, светодиод, преобразующий электрическую энергию в энергию оптического излучения на базе явления инжекционной электролюминесценции (в полупроводниковом кристалле с полупроводниковым гетеропереходом, электронно-дырочным переходом, либо контактом металл – полупроводник). В светоизлучающем диоде при протекании в нем переменного или постоянного тока в область полупроводника, которая прилегает к подобному переходу (контакту), инжектируются лишние носители тока – дырки и электроны; их рекомбинация сопровождена оптическим излучением. Светоизлучающий диод источает некогерентное излучение, однако, в отличие от тепловых источников света, – с менее широким спектром, из-за чего в видимой области излучение воспринимается как монохроматическое. Цвет излучения обусловлен выбором полупроводникового материала и его легирования. Используются соединения типа GaP, GaAs, SiC, и в том числе твердые растворы: GaAs1-xPx, AlxGa1-xAs, Ga1-xlnxP. В качестве легирующих примесей применяются: в GaP-Zn и О (красные светоизлучающие диоды) либо N (зеленые светоизлучающие диоды), в GaAs-Si либо Zn, либо Te (инфракрасные светоизлучающие диоды). Полупроводниковому кристаллу светоизлучающего диода, как правило, придают форму полусферы или пластинки. Яркость излучения большинства светоизлучающих диодов находится на уровне 103 кд/м2, у новейших образцов светоизлучающих диодов – до 105 кд/м2. КПД светоизлучающих диодов видимого спектра излучения варьируется от 0,01% до нескольких процентов. В светоизлучающих диодах инфракрасного излучения для понижения потерь на полное внутреннее поглощение и отражение в теле кристалла используют полусферическую форму, а для улучшения характеристик направленности излучения светоизлучающие диоды помещают в конический или параболический отражатель. КПД светоизлучающих диодов, имеющих полусферическую форму кристалла, достигает 40%.

Промышленность выпускает светоизлучающие диоды в интегральном и дискретном исполнении. Дискретные светоизлучающие диоды видимого излучения применяют в качестве сигнальных индикаторов; интегральные (многоэлементные) приборы являются многоцветными панелями и плоскими экранами, светоизлучающими цифро-знаковыми индикаторами, профильными шкалами – используют в различных системах отображения информации, в калькуляторах и электронных часах. Светоизлучающие диоды инфракрасного излучения используются в устройствах оптической связи, оптической локации, в дальномерах и т. д., матрицы данных светоизлучающих диодов – в устройствах вывода и ввода информации ЭВМ. В некоторых областях использования светоизлучающие диоды составляют конкуренцию родственному ему устройству – инжекционному лазеру, генерирующему когерентное излучение и отличающемуся от светоизлучающих диодов режимом работы и формой кристалла.

Сканер

Сканер (от англ. scanner) – оборудование, при помощи которого создается цифровая копия изображения или текста. Выбор сканера крайне важен. Все оборудование непременно должно быть совместимым с остальным программным обеспечением и подходить для поставленных задач. Основными параметрами, которые должны учитываться при выборе вида сканера, являются ежедневная нагрузка, тип документов, производительность сканера и формат документов. На качество сканирования также имеет непосредственное влияние опыт работы обслуживающего сканер персонала с техническими устройствами.

Неправильно выбранное программное обеспечение может тормозить процесс сканирования и последующую обработку документов. В ряде случаев считается необходимым расширить программное обеспечение за счет новых дописанных модулей или смены программного обеспечения на новое, специально подобранное для успешного сканирования.

Сканеры подразделяются на три типа: ручные, барабанные и планшетные. Ручной сканер имеет сканирующую головку, которая должна находиться у пользователя в руках. Как правило, этот тип сканера не очень популярен, его используют в основном владельцы ноутбуков из-за более удобных габаритов, чем у остальных сканеров. Барабанный сканер является дорогостоящим профессиональным устройством, которое используется в крупных типографиях. Сканирующим элементом выступает зеркальный барабан или несколько подобных барабанов. Планшетный сканер считается самым распространенным на сегодняшний день сканирующим устройством. Сканер представляет собой конструкцию со сканирующим блоком и стеклянной крышкой. В одних сканерах блок проходит над или под сканируемыми объектами, в других в процессе сканирования движется бумага.

Существуют исключения из вышеперечисленных типов сканирующих устройств. Такими исключениями, не относящимися ни к одному из видов сканеров, являются устройства с корпусом в виде пирамиды, которые сканируют книги.

Важнейшей характеристикой сканера считается оптическое разрешение. Этот параметр показывает количество пикселей на один дюйм при захвате сканером объекта. На сегодняшний день 600 пикселей на дюйм считается стандартом.

Режимы работы у сканера необходимы для просмотра объекта и выбора нужного положения бумаги и т. д. В предварительном просмотре («preview») применяется низкое разрешение, что помогает узнать о том, каким получится данный объект в результате сканирования. Полученная информация находится во временных файлах или оперативной памяти. Цветовой режим («scan mode») в устройствах сканирования бывает различным. Достаточно редким считается битовый цветовой режим («linear»), который сканирует двухцветные объекты. В нем используется только два цвета – черный и белый, безо всяких оттенков. В цветовом режиме градации черного («grayscale») применяется 225 оттенков серого цвета. Данный режим используется тогда, когда объект не обладает цветовой информацией или же распечатка изображения будет производиться в градациях серого цвета. В основном сканирование происходит с глубиной цвета, равной 24 или 48 Б. Качество сканирования практически не отличается друг от друга, но зато время сканирования при разной глубине цвета существенно различается.

Если сканированные изображения будут использоваться только на экране компьютера, разрешение (resolution) таких изображений будет называться экранным. Размеры картинки практически воспроизводят реальные размеры изображения. Масштабирование (scaling) применяется тогда, когда количество точек оптического разрешения сканера удовлетворяет изменению масштабов. Если же это условие не удовлетворяется, масштабирование документов производится специальными внешними программами. При использовании растровых сеток, при сканировании может возникнуть муар, шум. В процессе сканирования муар виден при некачественной печати. В профессиональных сканерах есть функции, убирающие или хотя бы смягчающие муар.

Как правило, цветовую коррекцию проводят после сканирования во внешней программе, когда монитор откалиброван. Если сканер дает слишком яркий тот или иной цвет, то в настройках изменяется кривая канала этого цвета так, чтобы он максимально точно приблизился к реальному цвету. При распечатке изображения делаются несколько светлее, чем на самом деле, так как при печати любое изображение темнеет.

Скиатрон

Скиатрон – электронно-лучевая трубка, имеющая темновую запись, в местах падения электронного луча экран которой изменяет свою прозрачность (темнеет), принимая окраску одного из цветов в фиолетово-коричневой области оптического спектра. Величина потемнения зависит от плотности тока и энергии электронов.

Экран скиатрона представляет собой бесцветный кристаллический слой содалита или галогенида щелочного металла, который нанесен на дно стеклянной колбы трубки или тонкую слюдяную пластинку.

Так как след на экране может оставаться очень долго (до нескольких суток и месяцев), в скиатронах существует возможность быстрого (в течение нескольких секунд) стирания имеющейся информации (обесцвечивания экрана), как правило, кратковременным прогревом экрана.

Изменение окраски, характерное для кристаллов содалита и галогенидов щелочных металлов, объясняется при электронной бомбардировке образованием в них центров поглощения света. При освещении кристалла в данных центрах осуществляется интенсивное поглощение света, и изначально прозрачные кристаллы окрашиваются в цвет, дополняющий цвет поглощения, например, кристаллы KCl, поглощая свет в желто-зеленой части спектра, принимают окрас фиолетового цвета, кристаллы КВт, поглощая синий свет, – окрас коричневого цвета.

Скиатроны применяются для получения радиолокационного изображения с дальнейшей проекцией его на большой экран; причем экран скиатрона освещается ярким источником света.

Сортировальная машина

Сортировальная машина – одна из главных машин перфорационного вычислительного комплекса, предназначенная для автоматического сортирования перфорационных карт на группы по конкретному признаку (например, адресу транспортирования грузов, номеру заказа, номеру цеха и т. п.). Код признака, как правило, число, состоящее из нескольких цифр, наносится на перфокарту в виде системы отверстий, пробитых в специальных колонках. При сортировании сортировальная машина считывает код признака и объединяет перфокарты с совпадающими цифрами кода.

Основные механизмы и узлы сортировальной машины: сортировальный механизм, считывающее устройство, механизм подачи перфокарт и, как правило, 13 карманов, предназначенных для накопления отсортированных перфокарт. Нуждающиеся в сортировке перфокарты вкладывают в механизм подачи карт; считывающее устройство устанавливает отверстия в одной определенной заранее колонке; в зависимости от того, в какой строке перфокарты сделано отверстие, сортировальный механизм посылает перфокарту в один из двенадцати карманов, номер которого идентичен номеру строки; карты, не содержащие отверстий в конкретной колонке, попадают в 13-й, дополнительный, карман. Данная процедура повторяется последовательно столько раз, сколько цифр имеется в коде признака. Скорость сортировки составляет от 400 карт (например, на машинах С45-5М и С80-5М для обработки 45– и 80-колонных перфокарт, широко применявшихся в СССР) до 700 карт в минуту (например, на машине СЭ80-3).

Стабилитрон

Стабилитрон – двухэлектродный полупроводниковый или газоразрядный прибор, напряжение на котором при перемене (в определенных рамках) протекающего в нем тока меняется несущественно. Стабилитроны используют для поддержания постоянного напряжения на определенном участке электрической цепи, например в стабилизаторах напряжения: параметрических либо компенсационных (в качестве основного элемента), в ограничителях уровня напряжения, импульсных устройствах и т. д. Коэффициент стабилизации напряжения К, изменяющий относительное изменение напряжений на выходе и входе участка цепи, определяется видом вольтамперной характеристики стабилитрона и номинальным размером сопротивления балластного резистора Rб; чем характеристика горизонтальней, тем сильнее стабилизирующий эффект.

Действие газоразрядных стабилитронов базируется на свойствах коронного разряда и тлеющего разряда. Стабилитроны тлеющего разряда изготавливаются в виде плоскопараллельной или коаксиальной системы электродов, которые помещены в баллон, заполненный инертным газом под давлением в несколько кН/м2. Область значений стабилизируемого напряжения у таких стабилитронов 60—150 В. Стабилитроны коронного разряда производятся, как правило, в виде коаксиальной системы электродов с катодом большого радиуса и анодом малого радиуса (отношение радиусов ~ 5—10); баллон стабилитрона заполнен газом (водородом) под высоким давлением – от нескольких кН/м2 до давлений, превышающих атмосферное (100 кН/м2). Они используются для стабилизации высоких напряжений (~ 3 × 102—3 × 104 В) при малых токах.

Сумматор

Сумматор – основной узел арифметического устройства ЦВМ, с помощью которого производится операция сложения чисел. При поразрядном сложении десятичных чисел суммируют вначале цифры разрядов единиц всех слагаемых; результат, в том случае если это однозначное число, заносят в разряд единиц результирующей суммы, если же результат является двузначным числом, то в результат заносят только единицы, в то время как десятки переносят (добавляют) в разряд десятков слагаемых. После этого операция сложения повторяется вновь, но уже над десятками, после чего – над сотнями и т. д., до получения результирующей суммы. При поразрядном сложении чисел, которые представлены в двоичном коде, аналогично складываются цифры слагаемых в данном разряде, а к полученному результату прибавляется единица переноса (в том случае, если она имеется) из младшего разряда. В итоге формируются (по правилам сложения в двоичной системе счисления) значение суммы в данном разряде и перенос в старший разряд.

Многоразрядный сумматор, предназначенный для поразрядного сложения, как правило, состоит из определенным образом соединенных одноразрядных суммирующих устройств. Простейшее из них обычно называют полусумматором. Схема его может видоизменяться в зависимости от применяемой системы логических элементов. Полусумматор осуществляет суммирование двух чисел с получением цифр переноса и суммы. Несмотря на это, для реализации многоразрядных сумматоров необходимо иметь суммирующее устройство, содержащее 3 входа, на выходах которого получается сумма и перенос в старший разряд.

Существует множество разновидностей элементной и схемной реализации сумматоров, которые различаются системой счисления (двоичные, десятичные, двоично-десятичные и др.), методом обработки многоразрядных чисел (последовательные, смешанные, параллельные), числом входов (2-входовые и 3-входовые), методом организации процесса суммирования (комбинационные, с памятью), методом организации цепей переноса (с последовательным, групповым, сквозным и одновременным переносом). Выбор модели сумматора зависит, как правило, от того, какая система элементов применяется в данной ЦВМ, от требуемой экономичности и быстродействия. Быстродействие сумматора – один из его главных параметров. Поэтому в ЦВМ 3-го поколения для ускорения арифметических операций используют не одноразрядные сумматоры, а групповые, которые вычисляют значения суммы и переноса одновременно для группы разрядов.

Помимо основной операции – суммирования, большинство сумматоров применяется для операций деления и умножения, а также для логических операций (логическое сложение и умножение и др.).

Суммирования блок

Суммирования блок – аналоговое вычислительное устройство, суммирующее устройство, на выходе которого появляется величина, пропорциональная сумме входных сигналов (величин). Существуют механические блоки суммирования, предназначенные главным образом для суммирования угловых (дифференциальный механизм) и линейных (логарифмическая линейка) перемещений; электромеханические блоки суммирования, в которых выходные и входные величины являются механическими перемещениями, а суммирование осуществляется с применением законов электрических цепей (в частности, законов Кирхгофа); электрические блоки суммирования, в которых суммируются напряжения или токи. В электронных аналоговых вычислительных машинах наибольшее распространение получили блоки суммирования с суммированием по току, которые для увеличения амплитуды и мощности, повышения точности выходного сигнала дополнительно снабжаются операционными усилителями.

Супериконоскоп

Супериконоскоп – передающая телевизионная трубка, способная накапливать заряд и переносить изображения с фотокатода на диэлектрическую мишень. Изобретен в 1933 г. советскими учеными П. В. Шмаковым и П. В. Тимофеевым.

Первоначально супериконоскоп носил название «иконоскоп с переносом изображения», позднее – «эрископ», «имеджиконоскоп», «суперэмитрон», «трубка Шмакова—Тимофеева». В супериконоскопах в отличие от его предшественника иконоскопа светочувствительная мозаика уступила место более чувствительным (на порядок) сплошной мишени и сплошному фотокатоду, разделенными в пространстве. Образование потенциального рельефа и накопление заряда на мишени супериконоскопа производится при бомбардировке фотоэлектронами за счет вторичной электронной эмиссии с нее в процессе переноса «электронного изображения»; при этом существует существенный выигрыш в чувствительности. Супериконоскопы позволяют обеспечить при освещенности объектов 400—1000 лк хорошее качество передачи изображения. Один из главных недостатков супериконоскопов – отображение на центре, части изображения «паразитного» сигнала, имеющего вид темного пятна деформированной формы (черного пятна); для его устранения или ослабления применяют специальные компенсирующие сигналы. Вследствие того, что в большинстве важных мест использования чувствительности супериконоскопа недостаточно, он к началу 70-х гг. XX в. вытеснен иными передающими телевизионными трубками, например суперортиконом.

Суперортикон

Суперортикон – передающая телевизионная трубка с коммутацией (считыванием изображения с мишени) медленными электронами, переносом изображения с фотокатода на двустороннюю мишень, накоплением заряда и с помощью вторичного электронного умножителя усилением сигнала; одна из самых распространенных передающих трубок в телевидении середины 1970-х гг. Суперортикон в 1946 г. впервые описан американскими учеными Х. Лоу, П. Веймером и А. Розе. Основной узел суперортикона – двусторонняя мишень, функциональными элементами которой служат мелкоструктурная металлическая сетка и полупроводящая пленка; подобная конструкция мишени была предложена советским ученым Г. В. Брауде в 1939 г.

При проекции на фотокатод оптического изображения объекта он под воздействием квантов света излучает фотоэлектроны, которые ускоряющим полем направляются на пленку мишени и образуют на ней положительный потенциальный рельеф, который повторяет распределение освещенности на фотокатоде, выбивая с поверхности пленки вторичные электроны. С другой стороны пленку поэлементно «обегает» считывающий электронный луч, который формируется электронным прожектором. Часть электронов луча оседает на мишени, другая возвращается, образуя обратный луч, измененный потенциальным рельефом, доходит до анода прожектора и выбивает с него вторичные электроны, которые затем попадают в ВЭУ. На коллекторе ВЭУ измененный ток в 103—104 раз больше тока обратного луча. Выходной сигнал суперортикона снимают с нагрузочного резистора, который подключен к выводу коллектора ВЭУ. Величина сигнала зависит от структуры «электронного изображения» на мишени, а следовательно, и освещенностью отдельных участков фотокатода.

Суперортикон – наиболее чувствительная из используемых телевизионных трубок, которая работает стабильно в широком диапазоне освещенностей. Некоторые суперортиконы, которые предназначены для высококачественных передач из телестудий, позволяют обеспечить отношение сигнал / шум при освещенности фотокатода 0,1—1,0 лк до 100 и выше. Другие, наиболее высокочувствительные, суперортиконы могут работать почти в полной темноте (при освещенности фотокатода 10-8—10-7 лк).

Суперпозиционная карта

Суперпозиционная карта – носитель информации при информационном поиске, просветная карта, представляющая собой прямоугольник из тонкого (0,18 мм) картона или плотной бумаги форматом 148 × 210, 210 × 297 или 297 × 420 мм; иногда в качестве суперпозиционных карт применяют обычную перфорационную карту.

На поле суперпозиционных карт с помощью пробивки отверстий по координатной сетке указывают номера документов или адреса, которые имеют данный поисковый признак. Общее количество отверстий или адресов на одной карте приведенных форматов может составлять соответственно 3500, 7000 и 22 500. Если сложить вместе несколько карт и посмотреть их на просвет, то можно увидеть совпадение общих отверстий (суперпозиционный эффект).

Пусть, например, одна суперпозиционная карта имеет поисковый признак «сверление», вторая – признак «обработка», третья – «сталь» и т. д. Суперпозиционная карта с признаком «сталь» имеет на поле все номера документов, у которых в поисковом образе содержится слово «сталь»; если наложить ее на вторую карту, то получится совпадение «на просвет» номеров документов, имеющих в поисковом образе и слово «сталь», и слово «обработка»; процесс поиска можно осуществлять до тех пор, пока не останется один-единственный просвет, который будет указывать на один объект или документ с присущим только ему набором признаков.

Впервые суперпозиционные карты появились в США в 1915 г. и под различными названиями стали использоваться в разных информационно-поисковых системах.

Счетно-аналитическая машина

Счетно-аналитическая машина – собирательное название машин, необходимых в основном для анализа различной статистической информации и бухгалтерских расчетов. В конце XIX – начале XX в. название «счетно-аналитическая машина» распространялось как на машины с ручным вводом данных с клавиатуры (клавишные вычислительные машины), так и на машины, имеющие перфорационное управление.

В 1920-х гг. термин «счетно-аналитическая машина» стал синонимом перфорационных машин и в данном значении просуществовал до 1950-х гг., когда термины «счетно-решающее устройство», «счетная машина», «счетная техника» и т. п. были заменены универсальными определениями вычислительное устройство, вычислительная машина, вычислительная техника, так как понятие «вычисление» включает и «решение», и «счет» математических задач.

Табулятор

Табулятор – электромеханическая цифровая вычислительная машина, которая предназначена для автоматической обработки буквенной и числовой информации, зафиксированной в виде отверстий на перфорационных картах, и на специальные бланки или бумажную ленту выдачи результатов вычислений; входит в состав перфорационного вычислительного комплекса. В зависимости от формы представления информации различают алфавитно-цифровые и цифровые табуляторы. Он может работать в разных режимах: «на печать», т. е. осуществлять построчную запись буквенной и цифровой информации на табуляграмму (информация воспринимается с каждой вводимой перфокарты), и накопление разностей или сумм в сумматорах или счетчиках с дальнейшей записью результатов для группы карт с идентичными признаками; «на итог», т. е. производить запись цифровых и буквенных признаков, характеризующих подсчет на сумматорах рабочих числовых величин, информацию и дальнейшую запись результатов для группы карт с идентичными признаками; «вычисления на промежуточных циклах», т. е. производить вычитание или сложение результатов, накопленных на сумматорах, их сравнение, а также деление и умножение чисел за несколько промежуточных циклов. Возможности табуляторов значительно расширяются при соединении его с дополнительными блоками. При подсоединении к табуляторам конечного позиционного репродуктора, перфоратора для считывания графических отметок или перфоратора наряду с печатью табуляграммы можно осуществлять автоматическую пробивку конечных перфокарт. При присоединении электронной вычислительной приставки табулятор получает возможность не только вычитать и складывать числа, но в том числе делить и умножать их за один рабочий цикл машины.

В состав табулятора входят: устройство вывода информации «на печать» либо на перфокарты (УВ); устройство ввода информации с перфокарт (УВв); запоминающее и арифметическое устройства (ЗУ и АУ); устройство управления (УУ). УУ в соответствии с данной программой автоматического переноса результатов, которые вычислены в сумматорах, производит автоматический контроль признаков, координирует работу других устройств. Настройка машины на разные режимы работы осуществляется определенной коммутацией на пульте УУ. УВв является механизмом подачи перфокарт с двумя (нижним и верхним) щеточными блоками, предназначенными для считывания информации с перфокарт и передачи ее в УУ, АУ и на УВ. ЗУ и АУ – это накапливающие сумматоры, которые производят вычитание и сложение чисел, а также передачу результата с одного сумматора (отправителя) для вычитания или сложения его с результатом с другого сумматора (приемника). Вывод информации «на печать» осуществляют алфавитно-цифровые или цифровые печатающие устройства либо итоговый перфоратор при выводе на перфокарты.

Табуляторы относятся к главному технологическому оборудованию машиносчетных станций, где они применяются для обработки больших массивов информации, которые не требуют выполнения логических операций.

Таситрон

Таситрон – трехэлектродный ионный прибор, имеющий подогревный катод, с водородным наполнением, по назначению и структуре подобный импульсному водородному тиратрону и отличающийся от него только устройством управляющего электрода-сетки. Сетка таситрона является мелкоструктурной, с диаметром отверстий, не превышающим в газе среднюю длину свободного пробега электронов, что в таситроне дает возможность без снижения анодного напряжения управлять как моментом зажигания, так и моментом гашения дугового разряда.

Таситроны используют в цепях образования высоковольтных (до 25 кВ) электрических импульсов значительной мощности (до нескольких сотен кВт) – в источниках питания, предназначенных для накачки импульсных лазеров, модуляторах радиолокационных станций и других импульсных устройствах. Как и другие газоразрядные приборы с подогревным катодом, таситроны обладают высоким коэффициентом использования анодного напряжения (до 95—98%) и малым внутренним сопротивлением. Имея высокую стабильность моментов выключения и включения и малое время восстановления управляющих свойств, таситрон дает возможность коммутировать импульсы с частотой до нескольких сотен кГц длительностью 10-2—10-1 мкс. Таситроны изготавливают в металлокерамическом и стеклянном исполнении.

Твердотельные лазеры бывают нескольких типов.

Инжекционный лазер – твердотельный лазер, в котором применяется инжекция носителей заряда через электронно-дырочный переход для инверсии населенностей энергетических уровней.

Импульсный рубиновый лазер – твердотельный лазер, который основан на рубиновом стержне из окиси алюминия с добавлением небольшого количества хрома. При конкретном усилении и возбуждении рубин излучает свет в видимой красной области.

Терминал

Терминал – терминальное устройство, абонентский пульт, устройство в составе вычислительной системы, которое в системе предназначено для ввода и вывода информации, например при работе человека с ЭВМ. Как правило, большинство пользователей находятся на значительном расстоянии от вычислительных центров массового пользования, поэтому их доступ к ЭВМ производится с помощью терминалов, которые каналами передачи данных связаны с вычислительным центром. Примерами терминальных устройств служат телетайпы, устройства, предназначенные для автоматического считывания текстов, устройства отображения информации на электронно-лучевых трубках, телефонные аппараты, оснащенные клавиатурой (для набора команд и адреса).

Терминалы используют в автоматизированных системах проектирования и управления, в системах программированного обучения, в информационнопоисковых системах и т. д. Различают терминалы, которые предназначены только для непосредственного вывода и ввода данных, и терминалы, включающие малую ЭВМ, предназначенную для управления процессами передачи информации, решения характерных частных задач пользователей, предварительной обработки информации.

Намечается тенденция применения терминалов в больницах, гостиницах, библиотеках, торговых предприятиях, кассах предварительной продажи билетов и т. п.

Различают:

  1) активные терминалы, содержащие средства переработки информации;

  2) пассивные терминалы, не имеющие средств, перерабатывающих информацию.

Существует несколько видов терминалов.

ПОС-терминал – электронное устройство, дающее возможность считывать информацию с чипа карточки или магнитной полосы и производить связь с банком для осуществления авторизации с целью произведения операции по банковской карточке.

Результаты проведения авторизации выводятся распечаткой нескольких экземпляров чека и сообщением на экране. ПОС-терминал в отличие от банкомата обслуживается кассиром.

Транспортный терминал – пункт, на котором производится сдача-приемка грузов. Транспортными терминалами могут считаться: терминал покупателя, железнодорожная станция, товарная станция, терминал продавца и т. д.

Персональный терминал – терминал, который принадлежит конкретному лицу.

В качестве персональных терминалов применяются устройства радиовызова, портативные персональные компьютеры и телефонные аппараты.

Виртуальный терминал – абстрактный терминал, являющийся стандартом в информационной сети. Стандарты VT выделяют три класса виртуального терминала:

  1) основной класс, работающий с набором символов, представленным массивом данных;

  2) класс бланков, работающий с набором таблиц;

  3) графический класс, работающий с изображениями.

Полиэкранный терминал – терминал, сконструированный на базе высокопроизводительных RISC-процессоров, обладающий большим графическим дисплеем с высокой разрешающей способностью, дающий гарантию удобного графического интерфейса обработки изображений, предназначенный для применения в полиэкранной технологии.

X-терминал – полиэкранный терминал, дающий возможность обрабатывать звук, изображения и тексты.

Символьный терминал – сетевое устройство, принимающее и передающее в виде потоков знаков, цифр или букв данные. С помощью сборщика или разборщика пакетов символьный терминал подключается к сети коммутации пакетов.

Терминал ввода-вывода – устройство сети, предназначенное для ввода или вывода данных, которое не содержит собственных вычислительных возможностей.

Авторизационный терминал – электронное устройство, дающее возможность производить авторизацию транзакции.

Тиратрон

Тиратрон – ионный прибор, имеющий холодный либо накаливаемый катод, с сеточным управлением моментом образования тлеющего разряда в среде заполняющего прибор газа либо несамостоятельного дугового разряда. После зажигания тиратрона его сетка не способна к управлению анодным током, вследствие чего погасить разряд в тиратроне можно только при помощи снижения анодного напряжения до величины, меньшей, чем среднее напряжение горения разряда в тиратроне. С развитием полупроводниковой электроники тиратроны, необходимые для использования в качестве реле, в преобразователях, выпрямителях тока, почти все вытеснены полупроводниковыми приборами. Несмотря на это, импульсные тиратроны (ИТ) широко используются – главным образом в цепях образования мощных импульсов электрического тока.

При подаче импульсного напряжения амплитудой 100—300 В на сетку ИТ в промежутке между катодом и сеткой образуется вспомогательный разряд. Когда концентрация заряженных частиц вблизи сетки и ток сетки (в области, куда «проникает» поле анода), нарастая, достигают максимальных значений, начинается быстрый (длящийся только несколько десятков наносекунд) процесс образования плазмы дугового разряда между катодом и анодом, при котором ток анода стремительно нарастает, напряжение падает и ИТ открывается.

Как правило, при работе ИТ зажигание в нем разряда осуществляется периодически, с частотой возникновения сеточных импульсов. Каждый раз при зажигании тиратрона происходит разряд образующей линии через нагрузку; в процессе разряда напряжение на ИТ уменьшается до значения, меньшего, чем потенциал горения дуги, и тиратрон закрывается. В итоге через нагрузку протекают периодические импульсы тока.

ИТ существующих типов дают возможность получать импульсы тока длительностью от 0,1 до 6 мкс и более и амплитудой от 1 до 5000 А при малых длительностях при частоте повторения до 30 кГц. КПД ИТ достигает 95—98%. Они отличаются высокой надежностью, малым временем восстановления, высокой стабильностью момента зажигания. Анодное напряжение мощных ИТ может достигать 100 кВ. Для наполнения ИТ применяют преимущественно водород, дейтерий и реже их смеси при давлении 25—95 Н/м2.

На малых токах, достигающих 10—50 мА, и при низких анодных напряжениях от 150 до 300 В используют также тиратроны тлеющего разряда (ТТР) с несколькими или одной сетками, с электростатическим или токовым управлением моментом зажигания тлеющего разряда. Основное время восстановления и большая инерционность ТТР ограничивают область их использования главным образом низкочастотными устройствами вычислительной автоматики и техники и физическим экспериментом. Перспективной разновидностью ТТР являются индикаторные ТТР, используемые в устройствах для визуального отображения информации. Индивидуальной особенностью индикаторных ТТР является управление низковольтными сигналами их зажиганием, что дает возможность применять их в сочетании с приборами на интегральных схемах и транзисторах.

Промышленность производит тиратроны в металлокерамическом, металлостеклянном и стеклянном исполнении.

Тиристор

Тиристор – полупроводниковый прибор, изготовленный на базе монокристалла полупроводника, имеющего четырехслойную структуру p-n-p-n-типа, имеющий свойства электрического вентиля и обладающий нелинейной разрывной вольтамперной характеристикой (ВАХ). С крайними областями монокристалла соприкасаются силовые электроды (СЭ) – катод и анод, от одного из промежуточных слоев выводят электрод управления (УЭ).

К СЭ присоединяют устройства теплоотвода и токоподводы силовой цепи. В случае, когда к СЭ приложено напряжение прямой полярности, первый и третий электронно-дырочные переходы дают смещение в прямом направлении, а второй смещается в обратном направлении. Через первый и третий переходы в области, примыкающие ко второму переходу, инжектируются вторичные носители, которые, уменьшая сопротивление второго перехода, увеличивают протекающий через него ток и уменьшают на нем падение напряжения. При увеличении прямого напряжения ток через тиристор вначале нарастает медленно. В этом режиме тиристор можно считать закрытым, так как сопротивление второго перехода еще достаточно велико. По мере возрастания напряжения на тиристоре понижается доля напряжения, которая падает на втором переходе, и быстрее увеличиваются напряжения на первом и втором переходах, что вызывает дальнейшее увеличение тока, протекающего через тиристор, а также усиление инжекции неосновных носителей в область третьего перехода. При значении напряжения, называемого напряжением переключения, процесс становится лавинообразным, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью, т. е. включается и в нем устанавливается ток, который определяется напряжением источника питания и сопротивлением внешней цепи.

Процесс мгновенного переключения тиристора из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью легко объясняется, если рассматривать тиристор как комбинацию двух транзисторов, включенных навстречу друг другу. Крайние области монокристалла считаются эмиттерами, а средние – коллектором одного и одновременно базой для другого транзистора. Ток, протекающий во внешней цепи тиристора, является током первого и второго эмиттеров.

Любой тиристор характеризуется предельно допустимым значением прямого тока, при котором на устройстве будет падать небольшое остаточное напряжение. Если же уменьшать ток через тиристор, то при некотором его значении, называемом удерживающим током, тиристор закрывается – переходит в состояние с низкой проводимостью.

При напряжении обратной полярности кривая зависимости тока от напряжения выглядит точно так же, как аналогичная часть ВАХ полупроводникового диода.

Описанный способ включения тиристора применяют в приборах, называемых вентилями-переключателями или динисторами. Однако наибольшее распространение получили тиристоры, которые включаются подачей в цепь УЭ импульса тока конкретной длительности и величины при положительной разности потенциалов между катодом и анодом.

Особую группу составляют фототиристоры, переключение которых в состояние с высокой проводимостью производятся световым воздействием.

Выключение тиристора осуществляют либо снижением тока через тиристор до значения удерживающего тока, либо изменением полярности напряжения на его СЭ.

В соответствии с областью использования различают тиристоры с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью или симметричные, импульсные, быстродействующие, высокочастотные, специальные и двухоперационные.

Полупроводниковый элемент тиристора производят из кремниевых монокристаллических пластин, вводя в Si добавки Р, Al и В. При этом в основном применяют сплавную и диффузионную технологию. Конструктивно тиристоры изготавливают в герметичном корпусе; для устранения тепловых напряжений, появляющихся из-за различия коэффициентов расширения Si и Cu, и для обеспечения механической прочности, между электродами и кристаллом устанавливают термокомпенсирующие молибденовые или вольфрамовые диски. Различают тиристоры штыревой конструкции – в металлокерамических и металлических корпусах, таблеточные, с двухсторонним отводом тепла и прижимные, с отводом тепла с одной стороны тиристора. Главные конструкции тиристора – штыревая и таблеточная. Тиристоры на токи до 500 А производят с воздушным охлаждением, на токи свыше 500 А – с водяным.

Современные тиристоры производят на напряжения от нескольких вольт до нескольких киловольт токи от 1 мА до 10 кА; в них скорость нарастания напряжения – 109 В/с, прямого тока достигает 109 А/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков микросекунд, КПД достигает 99%.

Тиристоры используются в качестве вентилей в преобразователях электрической энергии, усилительных и исполнительных элементов в системах автоматического управления, элементов памяти и ключей в различных электронных устройствах и т. п., где они совместно с другими полупроводниковыми приборами к середине 70-х гг. XX в. в большинстве своем заменили ионные и электронные вентили.

Транзистор

Транзистор – электронный прибор на базе полупроводникового кристалла, обладающий тремя или более выводами, необходимый для преобразования и генерирования электрических колебаний. Изобретен в 1948 г. Дж. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли. Транзисторы образуют два главных крупных класса: униполярные транзисторы и биполярные транзисторы.

Протекание тока через кристалл в униполярных транзисторах обусловлено носителями заряда лишь одного знака – дырками или электронами.

В биполярных транзисторах ток через кристалл появляется в результате движения носителей заряда обоих знаков. Такой транзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, в которой при помощи специальных технологических приемов есть 3 области с различной проводимостью: электронной (n) и дырочной (р). В зависимости от порядка их чередования выделяют транзисторы n-р-n-типа и р-n-р-типа. Средняя область шириной порядка нескольких микрометров, носит название базы, две другие – коллектора и эмиттера. База отделена от коллектора и эмиттера электронно-дырочными переходами: коллекторным (КП) и эмиттерным (ЭП). От базы, коллектора и эмиттера сделаны металлические выводы.

В зависимости от механизма переноса неосновных носителей заряда через базу различают бездрейфовые транзисторы, в базе которых ускоряющее электрическое поле не присутствует и заряды переносятся от эмиттера к коллектору благодаря диффузии, и дрейфовые транзисторы, в которых действуют сразу два механизма переноса зарядов в базе: дрейф в электрическом поле и диффузия. По областям использования и электрическим характеристикам различают транзисторы маломощные, малошумящие (применяются во входных цепях радиоэлектронных усилительных приборов), мощные генераторные (применяются в радиопередающих устройствах), импульсные (применяются в импульсных электронных системах), ключевые (применяются в качестве электронных ключей в системах автоматического регулирования), специальные, фототранзисторы (применяются в устройствах, которые преобразуют световые сигналы в электрические с одновременным их усилением). Различают также низкочастотные транзисторы, предназначенные в основном для работы в ультразвуковом и звуковом диапазонах частот, сверхвысокочастотные свыше 300 МГц и высокочастотные до 300 МГц.

В качестве полупроводниковых материалов для производства транзисторов применяют преимущественно кремний и германий. В соответствии с технологией получения в кристалле зон с различными типами проводимости транзисторы подразделяются на сплавные, сплавно-диффузионные, диффузионные, конверсионные, эпитаксиальные, мезатранзисторы, планарные и планарно-эпитаксиальные. По конструктивному изготовлению транзисторы делятся на транзисторы в герметичных пластмассовых, металлокерамических или металлостеклянных корпусах и бескорпусные; бескорпусные обладают временной защитой кристаллов от воздействия внешней среды в виде тонкого слоя лака, смолы, легкоплавкого стекла и герметизируются вместе с устройством, в котором их изготавливают. Широкое распространение получили планарно-эпитаксиальные кремниевые и планарные транзисторы.

С изобретением транзисторов наступил период минимизации размеров радиоэлектронной аппаратуры на основе достижений быстро развивающейся полупроводниковой электроники. В сравнении с радиоэлектронной аппаратурой первого поколения на электронных лампах подобная по назначению радиоэлектронная аппаратура второго поколения, на базе полупроводниковых приборов и транзисторах, обладает в десятки и сотни раз меньшими массой и габаритами, большей надежностью и потребляет гораздо меньшую электрическую мощность. Размеры полупроводникового элемента современного транзистора довольно малы. Надежность работы транзисторов характеризуется значениями ~ 105 ч. Транзисторы могут работать при низких напряжениях источников питания, потребляя в этом случае токи в несколько микроампер. Мощные транзисторы работают при напряжениях, достигающих 10—30 В, и токах до нескольких десятков ампер, отдавая мощность до 100 Вт.

Верхний предел диапазона частот, которые усиливаются транзистором, достигает 10 ГГц, что соответствует длине волны электромагнитных колебаний, равной 3 см. В области низких частот по шумовым характеристикам транзисторы успешно конкурируют с малошумящими электрометрическими лампами. В области частот до 1 ГГц транзисторы достигают значения коэффициента шума не более 1,5—3,0 дБ. На более высоких частотах коэффициент шума растет, достигая на частотах 6—10 ГГц 6—10 дБ.

Транзистор является главным элементом современных микроэлектронных приборов. Существуют устройства, получившие название интегральных микросхем, сделанные на одном кристалле полупроводника площадью 30—35 мм2, с числом электронных устройств до нескольких десятков тысяч. Такие транзисторы являются основой радиоэлектронной аппаратуры третьего поколения. Примером подобной аппаратуры могут служить наручные электронные часы, которые содержат от 600 до 1500 транзисторов, и карманные электронные вычислительные устройства. Переход к применению ИС определил новое направление в производстве и конструировании надежной и малогабаритной радиоэлектронной аппаратуры, которая получила название микроэлектроники. Достоинства транзисторов в сочетании с достижениями технологии их изготовления дают возможность создавать ЭВМ, которые насчитывают до нескольких сотен тысяч элементов, устанавливать сложные электронные устройства на борту космических летательных аппаратов, производить малогабаритную радиоэлектронную аппаратуру для применения в быту, в медицине, различных областях промышленности и т. д. Наряду с достоинствами транзисторы имеют ряд недостатков, главным образом – ограниченный диапазон рабочих температур. К недостаткам транзисторов относятся также с изменением рабочей температуры значительные изменения их параметров и довольно сильная чувствительность к ионизирующим излучениям.

Трохотрон

Трохотрон – многоэлектродный электронно-лучевой прибор, имеющий ленточный трохоидальный электронный пучок, применяемый в основном в качестве коммутатора. Электронный луч образуется под воздействием взаимно перпендикулярных полей: изменяемого электрического, которое создается электродами прибора и постоянного магнитного, создающегося внешним магнитом. Луч проходит главным образом по эквипотенциальной поверхности, имеющей потенциал, близкий к потенциалу катода. Коммутация луча производится в результате управляемого перемещения эквипотенциальной поверхности с помощью изменения потенциала специальных электродов трохотрона, имеющих название лопатки.

В самом распространенном линейном десятикратном трохотроне на экран подается постоянный отрицательный потенциал, равный 50—100 В, а на анод и каждую пластину подается постоянный положительный потенциал, достигающий 100 В.

Трохотроны главных типов различаются в основном формой электродов, образующих ячейку, и расположением ячеек. В двумерном трохотроне электронный пучок управляется двумя отдельными группами ячеек, в бинарном – лопатки различной длины конкретным образом объединены в группы, в кольцевом – ячейки располагаются по окружности, в центре которой размещен цилиндрический катод. Трохотроны обеспечивают гибкое управление токами и используются в различных электрических цепях, как правило, импульсных, для измерения временных интервалов, коммутации цепей, счета импульсов, а также в качестве электронной линии задержки и т. д.

Туннельный диод

Туннельный диод – двухэлектродное электронное устройство на базе полупроводникового кристалла, в котором находится очень узкий потенциальный барьер, препятствующий движению электронов; является разновидностью полупроводникового диода. Вид вольтамперной характеристики (ВАХ) туннельного диода определяется, как правило, квантовомеханическим процессом туннелирования, из-за которого электроны проникают через барьер из одной разрешенной области энергии в другую. Изобретение туннельного диода впервые доказало на практике существование процессов туннелирования в твердых телах. Создание такого диода стало осуществимо в результате прогресса в полупроводниковой технологии, который позволил создавать полупроводниковые материалы со строго заданными электронными свойствами. Путем легирования полупроводника довольно большим количеством конкретных примесей удалось получить очень высокую плотность электронов и дырок в р- и n- областях, не нарушив при этом резкий переход от одной области к другой. В связи с малой шириной перехода (50—150 А) и весьма высокой концентрацией в кристалле легирующей примеси, в электрическом токе, протекающем через туннельный диод, преобладают туннелирующие электроны.

Первый туннельный диод был произведен в 1957 г. из германия; но вскоре после этого были найдены и другие полупроводниковые материалы, из которых можно получить туннельные диоды: Si, InSb, GaAs, InAs, PbTe, GaSb, SiC и др. В силу того что туннельные диоды в определенном интервале напряжений смещения обладают отрицательным дифференциальным сопротивлением и имеют очень малую инерционность, их используют в качестве активных элементов в высокочастотных усилителях электрических колебаний, переключающих устройствах и генераторах.

Фазоинвертор

Фазоинвертор – электрическое устройство, которое преобразует одно входное напряжение в два напряжения, по фазе сдвинутые на 180°. Элементарными фазоинверторами являются электрический трансформатор с симметричной вторичной обмоткой, которая имеет отвод от средней точки. Часто в качестве фазоинверторов применяют колебательный контур, у которого есть отвод от средних точек в емкостной или индуктивной ветвях от общей точки двух последовательно включенных конденсаторов или от средней точки катушки индуктивности. В радиотехнических устройствах широкое распространение получили ламповые, а позднее – транзисторные фазоинверторы с разделенной нагрузкой. В подобных фазоинверторах выходные сигналы на коллекторе и эмиттере обладают разной полярностью, т. е. сдвинуты по фазе на 180°. Существуют и другие фазоинверторы, например, собранные на лампе по схеме с общей сеткой или с общим катодом, а также на составных транзисторах. Фазоинверторы применяют и в устройствах вычислительной техники, измерительной аппаратуре и др.

Фотодиод

Фотодиод – полупроводниковый диод, который при воздействии на него оптического излучения обладает свойством односторонней фотопроводимости. Фотодиод представляет собой полупроводниковый кристалл, как правило, с электронно-дырочным переходом, снабженный двумя металлическими выводами и вмонтированный в пластмассовый или металлический защитный корпус. Материалами, из которых изготавливаются фотодиоды, служат GaAs, Ge, Si, HgCdTe и др.

Различают два режима работы фотодиодов: фотодиодный, когда во внешней цепи фотодиода имеется источник постоянного тока, который создает обратное смещение на р-n-переходе, и вентильный, когда подобный источник отсутствует.

В фотодиодном режиме фотодиоды применяют для управления электрическим током в цепи фотодиода в соответствии с переменой интенсивности падающего излучения.

Образующиеся под воздействием излучения неосновные носители проходят через р-n-переход и ослабляют его электрическое поле.

Фототок в фотодиоде линейно зависит от интенсивности падающего излучения в широких пределах и почти не зависит от напряжения смещения.

В вентильном режиме фотодиоды, как и полупроводниковые фотоэлементы, применяют в качестве генератора фотоЭДС.

Основными параметрами фотодиодов являются:

  1) порог чувствительности – величина минимального сигнала, который фиксируется фотодиодом, отнесенная к единице полосы рабочих частот, достигает 10—14 Вт/Гц;

  2) уровень шумов – не выше 10—9 А;

  3) область спектральной чувствительности находится в пределах 0,3—15 мкм;

  4) спектральная чувствительность, т. е. отношение фототока к потоку с известной длиной волны падающего монохроматического излучения, составляет 0,5—1 А/Вт;

  5) инерционность – время установления фототока, порядка 10-7—10-8 с.

В лавинном фотодиоде, который представляет собой разновидность фотодиода с р-n-структурой, применяют лавинное умножение тока в р-n-переходе для увеличения чувствительности, базирующееся на ударной ионизации атомов в области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 102—104. Существуют также фотодиоды с р-i-n-структурой; по сравнению с фотодиодами с р-n-структурой они имеют гораздо меньшую инерционность (до 10-10 с).

Фотодиоды находят применение в вычислительной технике, устройствах автоматики, лазерной технике, измерительной технике и т. п.

Фоторезистор

Фоторезистор – полупроводниковый прибор, который под воздействием оптического излучения характеризуется свойством менять свое электрическое сопротивление. Через фоторезистор, который включен в электрическую цепь, имеющую источник постоянного тока, течет электрический ток.

При облучении фоторезистора в результате появления фототока увеличивается ток. Фототок пропорционален уровню действующего сигнала и не зависит от полярности напряжения, приложенного к фоторезистору. Появление фототока применяется для регистрации излучений.

Для создания фоторезисторов применяют Ge (чистый либо легированный Au, Cu или Zn), Se, Te, Si, InSb, InAs, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, HgCdTe. Характерная особенность данных полупроводниковых материалов – небольшая ширина запрещенной зоны. Полупроводник наносят тонким слоем на кварцевую или стеклянную подложку либо вырезают из монокристалла в виде тонкой пластинки. Слой или пластинку комплектуют двумя электродами. Подложку или пластинку с фоточувствительным слоем и электроды помещают в защитный корпус.

Главными параметрами фоторезистора являются: интегральная чувствительность, которая определяется при номинальном значении напряжения питания как отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения и составляет 103—108 В/Вт; порог чувствительности – величина минимального сигнала, фиксируемая фоторезистором, отнесенная к единице полосы рабочих частот, достигает 10—12 Вт/Гц1/2. Постоянная времени, которая характеризует инерционность фоторезистора, лежит в пределах 10-3—10-8 с. Для расширения рабочего диапазона длин волн принимаемого излучения и увеличения порога чувствительности фоточувствительный слой некоторых фоторезисторов охлаждают.

Фототиристор

Фототиристор – тиристор, перевод которого в состояние с высокой проводимостью производится световым воздействием.

При освещении фототиристора в полупроводнике образуются парные носители заряда (дырки и электроны), которые разделяются электрическим полем электронно-дырочных переходов. Вследствие чего через р-n-переходы начинают протекать токи, которые играют роль токов управления.

Конструктивно фототиристор представляет собой светочувствительный монокристалл с р-n-р-n-структурой, как правило, из кремния, находящийся на медном основании и закрытый герметичной крышкой с предназначенным для прохождения света окном. Широкое распространение получили конструкции с освещаемой р-базой и с освещаемым n-эмиттером.

Пригодные для управления фототиристором источники излучения – импульсные газоразрядные лампы, электрические лампы накаливания, квантовые генераторы, светоизлучательные диоды и др. Величина светового потока, который необходим для перевода фототиристора в состояние с высокой проводимостью, определяет чувствительность устройства; она зависит от спектрального состава излучения, коэффициента поглощения и отражения монокристалла, а также определенных значений электрических параметров фототиристора: скоростью нарастания прямого напряжения, напряжением переключения и т. д.

Современные фототиристоры производят на токи от нескольких мА до 500 А и напряжения от нескольких десятков В до 3 кВ. Мощность управляющего светового излучения составляет порядка 1—102 мВт. Фототиристоры используются в различных устройствах защиты и автоматического управления, а также в мощных высоковольтных преобразовательных устройствах.

Фототранзистор

Фототранзистор – транзистор, как правило, биполярный, в котором инжекция неравновесных носителей производится на базе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с параллельным усилением электрических сигналов. Фототранзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, изготовленную из Ge или Si, в которой с помощью специальных технологических приемов созданы три области, они называются, как и в простом транзисторе, базой, коллектором и эмиттером, причем база, в отличие от транзистора, в большинстве случаев вывода не имеет. Кристалл устанавливается в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение во внешнюю электрическую цепь фототранзистора подобно включению биполярного транзистора, изготовленного по схеме с нулевым током базы и общим эмиттером. При попадании света на базу либо коллектор в ней появляются парные носители зарядов (дырки и электроны), они разделены электрическим полем коллекторного перехода. В конце концов в базовой области скапливаются основные носители, что приводит к увеличению тока через фототранзистор по сравнению с током, который обусловливается переносом только тех носителей, появившихся непосредственно под воздействием света, и понижению потенциального барьера эммитерного перехода.

Основными характеристиками и параметрами фототранзистора, как и других фотоэлектрических приборов (фотоэлемента, фотодиода), являются:

  1) интегральная чувствительность – отношение фототока к падающему световому потоку. У наилучших образцов фототранзисторов, например, изготовленных по диффузионной планарной технологии, она достигает порядка 10 А/лм;

  2) спектральная характеристика – зависимость отношения чувствительности к монохроматическому излучению от длины волны данного излучения, которая позволяет, в частности, установить длинноволновую границу использования фототранзистора; данная граница зависит прежде всего от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала, для кремниевого – 1,1 мкм, для германиевого фототранзистора составляет 1,7 мкм;

  3) постоянная времени, которая характеризует инерционность фототранзистора, не превышает нескольких сотен мкс. Помимо этого, фототранзистор характеризуется коэффициентом усиления первоначального фототока, который достигает 102—103 раз.

Высокие временная стабильность параметров, чувствительность и надежность фототранзистора, а также его небольшие габариты и сравнительная простота конструкции позволяют широко применять фототранзисторы в системах контроля и автоматики – в качестве элементов гальванической развязки, датчиков освещенности и т. д. С 70-х гг. XX в. конструируются полевые фототранзисторы, являющиеся аналогами полевых транзисторов.

Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель – электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под воздействием оптического излучения, в результате вторичной электронной эмиссии усиливается в умножительной системе; ток в цепи анода намного превышает первоначальный фототок (как правило, в 105 раз и выше). Изначально был разработан и предложен в период 1930—1934 гг. Л. А. Кубецким. Самыми распространенными являются фотоэлектронные умножители, в которых усиление электронного потока производится при помощи системы дискретных динодов – электродов жалюзийной, коробчатой или корытообразной формы с круговым либо линейным расположением, имеющих коэффициент вторичной эмиссии s > 1.

В подобных фотоэлектронных умножителях для фокусировки и ускорения электронов катодной камере, которая собирает электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и ориентирующей этот пучок на вход динодной системы, аноду и динодам передают определенные потенциалы относительно фотокатода с помощью высоковольтного источника напряжением 600—3000 В.

Помимо электростатической фокусировки, в фотоэлектронных умножителях иногда используют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещенных магнитном и электрическом полях.

Существуют также фотоэлектронные умножители с умножительной системой, они представляют собой непрерывный распределенный динод – одноканальный, имеющий вид канала (трубки) с активным слоем на ее внутренней поверхности, который обладает распределенным электрическим сопротивлением, либо многоканальный, изготовленный из микроканальной пластины. При подключении канала к источнику высокого напряжения в нем возникает электрическое поле, которое ускоряет вторичные электроны, многократно соударяющиеся с внутренними стенками канала и вызывающие при каждом столкновении с поверхности активного слоя вторичную электронную эмиссию.

Фотокатоды фотоэлектронных умножителей изготавливают из полупроводников на базе соединений элементов I или III группы Периодической системы Менделеева с элементами V группы. Полупрозрачные фотокатоды, как правило, наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона фотоэлектронного умножителя.

Для производства дискретных динодов применяют следующие материалы: эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O2; сплавы CuAlMg, CuBe; Cs3Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку и др.

Каналы непрерывных динодов производят из стекла с высоким содержанием свинца. Подобные каналы после термообработки в H2 обладают удельным сопротивлением поверхностного слоя 107—1010 Ом × м.

Основными параметрами фотоэлектронных умножителей являются: световая анодная чувствительность – при номинальных потенциалах электродов отношение анодного фототока к провоцирующему его световому потоку, составляет 1—104 А/лм; спектральная чувствительность, которая равна спектральной чувствительности фотокатода, помноженной на коэффициент усиления умножительной системы, находящейся, как правило, в пределах 103—108; темновой ток – ток в анодной цепи во время отсутствия светового потока, обычно не превышает 10-9—10-10 А.

Наибольшее использование фотоэлектронные умножители получили в ядерной физике (спектрометрические фотоэлектронные умножители) и в установках для изучения недолговременных процессов (временные фотоэлектронные умножители). Фотоэлектронные умножители применяют также в оптической аппаратуре, устройствах лазерной и телевизионной техники.

В 1960-х гг. разработаны фотоэлектронные умножители, в которых усиление фототока производится с помощью бомбардировки полупроводникового кристалла с электронно-дырочным переходом электронами с энергиями, которых достаточно для получения в кристалле парных зарядов электрон – дырка (подобные фотоэлектронные умножители называются гибридными).

Фотоэлектрический усилитель

Фотоэлектрический усилитель – усилитель постоянного напряжения или тока, действие которого базируется при освещении включенного в электрическую цепь светочувствительного элемента (фоторезистора, фотоэлемента) на увеличении тока в ней. Ток в цепи светочувствительного элемента зависит от площади освещаемой поверхности светочувствительного элемента и от яркости источника света. В соответствии с этим фотоэлектрические усилители делятся на две группы: к первой можно отнести фотоэлектрогазоразрядные, фотоэлектролюминесцентные и фотоэлектронакальные фотоэлектрические усилители, используемые в качестве фотоэлектрических элементов автоматики для фиксации и регулирования различных процессов; во вторую входят фотогальванометрические компенсационные усилители и фотоэлектрооптические усилители, применяемые в качестве элементов точных электроизмерительных устройств.

Характрон

Харатрон – электроннолучевой прибор, применяемый в устройствах отображения информации для воспроизведения топографических знаков, цифр, букв и других символов.

Сконструирован в 1941 г. в США; относится к электронно-лучевым знакопечатающим приборам мгновенного действия.

Воспроизводимые на экране характрона символы образуются при помощи трафарета – непрозрачной пластинки с последовательностью микроотверстий (от 64 до 200) в виде отображаемых символов. Данная пластина помещается между двумя отклоняющими системами на пути электронного луча к экрану: одна из них необходима для направления луча на необходимый символ трафарета, а вторая – для направления уже сформированного луча на нужное место на экране. Проходя сквозь трафарет, луч в поперечном сечении приобретает форму отверстия, в результате чего в месте падения луча на экране характрона высвечивается не точка (как в стандартных электронно-лучевых устройствах), а изображение отверстия, через которое прошел луч, т. е. изображение необходимого символа.

Цифровая вычислительная машина

Цифровая вычислительная машина преобразует величины, представленные в виде набора цифр (чисел). Элементарные преобразования чисел, которые известны с древнейших времен, – это арифметические действия (вычитание и сложение). Однако арифметические операции являются частными случаями преобразований величин, которые заданы в цифровой форме, и в современных ЦВМ они образуют только небольшую часть всего набора операций, которые машина производит над числами.

Первыми устройствами для элементарных вычислений являлись счеты (абаки): с их помощью производились арифметические операции – сложение и вычитание. Данные инструменты избавляли человека от запоминания таблицы сложения и записывания промежуточных результатов вычислений, так как в те времена бумага (либо ее аналог) и пишущие приспособления были редкостью.

Важным шагом в развитии вычислительных приборов явилось изобретение Б. Паскалем в 1641 г. суммирующей машины. В машинах Паскаля всем цифрам соответствовало конкретное положение разрядного колеса, которое разделено на 10 секторов. Сложение в подобной машине производилось поворотом колеса на определенное количество секторов.

Идея использовать вращение колеса для производства операции сложения (вычитания) высказывалась и до Паскаля (например, профессором В. Шиккардом в 1623 г.), однако главным элементом в машинах Паскаля являлся автоматический перенос единицы в старший разряд при полном обороте колеса предшествующего разряда.

Именно это позволило складывать многозначные числа без участия человека в работе механизма. Этот принцип применялся на протяжении почти трехсот лет (середина XVII – начало XX в.) при построении арифмометров (работающих от движения руки) и клавишных электрических вычислительных машин, имеющих привод от электродвигателя.

Первые вычислительные машины производили следующие простейшие операции: вычитание и сложение, перенос единицы в старший разряд при сложении (либо заем единицы при вычитании), сдвиг (перемещение каретки в арифмометрах вручную, в электрических машинах автоматически), умножение (деление) производилось последовательными сложениями (вычитаниями). При этом функции машины и человека в процессе вычислений разделялись следующим образом: машина производила арифметические операции над числами, человек следил за ходом вычислительного процесса, вводил в машину новые числа, записывал результаты (промежуточные и окончательные), искал по таблицам значения разных функций, которые входили в расчет. При подобном распределении ролей увеличение скорости выполнения машиной арифметических операций только незначительно повышало скорость вычислений в общем, так как процедуры, которые выполнялись человеком, составляли значительную часть вычислительного процесса. Поэтому, несмотря на то что техническая скорость электрических вычислительных машин в теории допускала осуществление до 1000 арифметических операций в 1 ч, на практике скорость вычислений была не более 1000 операций на протяжении 8-часового рабочего дня.

Еще одним шагом вперед в развитии техники ЦВМ явилось создание счетноперфорационных машин. В данных машинах все функции человека, кроме поиска по таблицам, осуществлялись машиной. Однако для ввода начальных данных их нужно было предварительно записать на перфорационные карты. Подобная операция производилась человеком на специальном устройстве. В машину вводилась стопка подготовленных перфокарт, и потом уже без вмешательства человека машина считывала имеющиеся в них данные и производила все необходимые вычислительные операции. Промежуточные результаты вычислений вносились в запоминающие регистры, итоговые печатались на бумаге (либо выводились на перфокарты, а затем специальное устройство вновь перепечатывало их на бумагу с перфокарт). Порядок действий счетно-перфорационной машины задавался на коммутационной доске специальной коммутацией электрических связей.

Таким образом, в счетно-перфорационных машинах в зачатке уже имелись все важнейшие элементы автоматической ЦВМ, которая работает без участия человека, после того как требуемая подготовка для произведения ей вычислительного процесса была окончена. Счетно-перфорационные машины содержали арифметическое устройство, память (в виде стопки перфокарт и регистров, предназначенных для запоминания промежуточных результатов), устройство вывода и ввода данных. В подобных машинах арифметические операции производились так же, как и в арифмометрах, с помощью механических перемещений, что сильно сокращало их быстродействие. Однако управление вычислительным процессом у этих машин было наиболее проблематичным. Так как управление (задание последовательности простейших операций) производилось путем соответствующих соединений проводами клемм коммутационной доски, то только несложные последовательности вычислительных операций могли быть реализованы на практике. Данные операции могли повторяться неоднократно, поэтому счетно-перфорационные машины широко использовались в тех случаях, когда решение задачи заключалось в повторении простых наборов операций, например при решении задач бухгалтерского учета, элементарных задач статистического анализа; наиболее сложными для решения на счетно-перфорационных машинах являлись обыкновенные линейные дифференциальные уравнения второго порядка.

К 70-м гг. XX в. счетно-перфорационные машины почти полностью вышли из употребления в связи с заменой их более универсальными и совершенными электронными ЦВМ. Однако в историческом плане значение счетно-перфорационных машин заключалось в том, что их использование позволило накопить опыт машинной обработки информации и осознать, что же требуется для создания автоматических ЦВМ. ЦВМ автоматически, независимо от механического устройства, должна обладать следующими функциональными возможностями: производить операции (в том числе арифметические) над величинами, которые заданы в цифровой форме; запоминать первоначальную информацию (исходные данные и программу) и итоги вычислений; управлять вычислительным процессом, другими словами, автоматически настраивать машину на осуществление очередной операции в соответствии с алгоритмом работы; воспринимать от человека исходную информацию и выдавать необходимые ему результаты вычислений. Как правило, эти функции производятся соответствующими устройствами. Но возможно частичное совмещение функций в одном устройстве, однако в любом случае осуществление всех этих функций является обязательным условием для автоматической ЦВМ. Каждая ЦВМ должна иметь в составе элементы, которые обладают конечным числом устойчивых состояний; количество таких состояний должно быть равно числу цифр системы счисления, принятой в этой ЦВМ. В настольных механических ЦВМ подобными элементами служат так называемые цифровые колеса, которые принимают десять конкретных положений (в соответствии с десятичной системой счисления). Электронные цифровые элементы самым простым образом реализуются в двух устойчивых состояниях. Поэтому в электронных ЦВМ используется двоичная система счисления, в которой существуют только две цифры: 0 и 1. Переход на данную систему счисления не только сделал легче представление чисел, но и значительно упростил выполнение над ними операций. Например, цифровой элемент сумматора в подобном случае должен обладать следующими свойствами: менять состояние на инверсное всегда при поступлении единичного сигнала (прибавление 1) и, в том случае если цифровой элемент уже находился в состоянии «1», одновременно с переменой своего состояния посылать единичный сигнал в цифровой элемент последующего, старшего разряда сумматора. Действие умножения заключается в многократном прибавлении множимого и сдвигам (деление – к вычитанию и сдвигам). Значительно упрощаются в двоичной системе счисления также и логические операции. Любой сложный вычислительный алгоритм имеет, как правило, разветвления вычислительного процесса, различные условия, которые налагаются на точность вычислений, повторения вычислительных процедур и многие другие указания. Машина должна воспринимать эти указания и самостоятельно выдавать ответы о своевременном их выполнении; такие действия машины арифметическими не являются, они служат для логического анализа ситуаций. Самая обычная процедура машины: если имеет место какая-либо ситуация, то необходимо выполнить соответствующий шаг вычислительного алгоритма (команду программы), в противном случае необходимо перейти к реализации некоторой другой команды. Включение в состав операций вычислительной машины кроме арифметических операций также и логических привело к тому, что возможности электронных ЦВМ ушли далеко за рамки их прямого назначения, и ЦВМ стали универсальными преобразователями дискретной информации. Так как непрерывная информация почти всегда может быть аппроксимирована дискретной, то можно утверждать, что современные электронные ЦВМ – это универсальные преобразователи информации какого угодно вида.

Первая электронная ЦВМ под названием «ЭНИАК» была сконструирована в 1945 г. и начала использоваться в 1946 г. в США. При их создании не вставала необходимость изобретать новые элементы специально для них: подобные элементы уже применялись в системах автоматического управления, а особенно в радиолокационных приборах. Требовалось только приспособить их для применения в ЦВМ. Цифровым элементом ранних машин являлся триггер, собранный на электронных лампах. Выбор подобного цифрового элемента привел к тому, что первые электронные ЦВМ содержали слишком большое число электронных ламп и были очень ненадежны в работе. Однако именно с «ЭНИАК» началась история электронных ЦВМ. Значение «ЭНИАК» в развитии вычислительной техники можно увидеть прежде на примере того, что она показала возможность создания автоматической ЦВМ, которая работает по заранее определенной программе, осуществима, для чего нужна только ее технологическая доработка. С данного момента в большинстве странах начались энергичные поиски, которые направлены на изготовление надежных электронных цифровых элементов и конструирование рациональных структур ЦВМ.

Поисковый этап в развитии ЦВМ завершился к началу 1950-х гг. конструированием ЦВМ первого поколения, где цифровым элементом оперативной памяти является кольцевой ферритовый сердечник, оснащенный прямоугольной петлей гистерезиса, имеющий два устойчивых состояния остаточной намагниченности, а главным элементом арифметического устройства и устройства управления являлся триггер на электронных лампах. Надежность ЦВМ первого поколения была намного выше, нежели у первых ЦВМ; помимо замены триггеров в памяти ЦВМ ферритовыми сердечниками, увеличение надежности ЦВМ стало результатом целого ряда технологического усовершенствовании. Из-за того что по технологическим причинам конструирование быстродействующего ферритового запоминающего устройства значительного объема на тот период было невозможно, то в ЦВМ, вместе с запоминающими устройствами на ферритовых сердечниках, применялись довольно медленные внешние или периферийные запоминающие устройства на магнитных лентах, магнитных барабанах, магнитных дисках, емкость которых ограничивается только размерами занимаемой ими площади. Непрерывно возрастающая сложность задач, которые решаются с помощью ЦВМ, нуждалась в усложнении структуры вычислительных машин, увеличении количества электронных элементов, что сопровождалось увеличением размеров ламповых машин, а следовательно, и потребляемой ими мощности. Несмотря на технологические новшества, электронная лампа по-прежнему оставалась самым ненадежным элементом ЦВМ первого поколения; применение ламп тормозило дальнейшее развитие техники ЦВМ.

В середине 1950-х гг. в ЦВМ вместо электронных ламп стали использоваться полупроводниковые приборы – транзисторы и диоды. В связи с тем, что срок службы полупроводниковых приборов гораздо больше, нежели у электронных ламп, то с переходом на новую элементную базу значительно повысилась надежность ЦВМ, значительно уменьшились размеры машин. С внедрением цифровых элементов на базе полупроводниковых приборов началось конструирование ЦВМ второго поколения.

Усовершенствование вычислительных машин ставило перед собой цель повышения их быстродействия; у машин первого поколения быстродействие возросло от нескольких сотен операций/с до нескольких десятков тысяч операций/с; первые транзисторные машины обладали быстродействием порядка 5 тыс. операций/с и в процессе развития дошли до уровня 10—15 млн операций/с.

Однако при организации вычислительного процесса, которая применялась в ЦВМ первого поколения, дальнейшее увеличение быстродействия уже почти не увеличивало производительности машин. В ЦВМ вводили программу решения определенной задачи, и до окончания решения и вывода результатов вычислений невозможно было ввести новую задачу. Однако в любом вычислительном процессе, кроме быстрых, существуют и медленные операции, которые выполняются механическими устройствами: считывание первоначальной информации, пересылки информации из внешней памяти в оперативную, вывод на печать результатов вычислений и др. По мере увеличения быстродействия медленные операции занимали все больший объем общего времени работы машины, в то время как скоростные устройства машины простаивали и, таким образом, модернизации, касавшиеся только электронных элементов, не позволяли дать сколько-нибудь заметного увеличения производительности ЦВМ. Поэтому в 1960-х гг. случилось существенное изменение структуры ЦВМ, итогом которого стало то, что различные устройства смогли работать независимо друг от друга по различным программам. Это дало возможность решать на машине несколько задач одновременно. Наиболее производительные из современных ЦВМ одновременно могут обрабатывать несколько тысяч задач. Работой ЦВМ и образованием потока задач управляет специальная программа – операционная система.

Мультипрограммный режим не может ускорить решение одной конкретной задачи, однако довольно существенно повышает общую производительность ЦВМ.

Следующим этапом в развитии мультипрограммных режимов работы стал переход к ЦВМ коллективного пользования. Ввод задач в машину не всегда должен осуществляться с одного устройства ввода, подобных устройств может быть несколько, и находиться они могут не в машинном зале, а непосредственно у пользователей, нередко удаленных от ЦВМ на большое расстояние. С помощью подобных устройств по линиям связи (как правило, телефонным) задачи вводят в машину, которая впоследствии сама определяет их очередность и время их решения. Результаты решения тоже по линиям связи подаются на терминалы, которые должны иметь устройства вывода, печатающее устройство либо дисплей.

Изобретение мультипрограммных машин привело к развитию систем ЦВМ коллективного пользования, которые объединяют в одно целое несколько машин с разной производительностью и обслуживают одновременно тысячи потребителей, находящихся не только в различных городах, но часто и в разных странах.

Подобное применение ЦВМ требовало расширения их функциональных возможностей и, как следствие, усложнения их структуры; полупроводниковая техника уже не отвечала современным требованиям развития ЦВМ как в отношении размеров и потребления энергии, так и в отношении их надежности и технологичности.

На смену ЦВМ второго поколения в 1960-х гг. пришли машины третьего поколения, сконструированные на базе интегральных микросхем. В ЦВМ второго поколения простейший блок собирался из отдельных деталей, которые соединялись друг с другом с помощью пайки. Такие блоки, хоть и значительно меньших размеров, чем ламповые панели машин первого поколения, все же обладали заметными размерами (до нескольких десятков, иногда сотен см3), а места пайки становились источником частых отказов. Использование в ЦВМ интегральных микросхем дало возможность повысить насыщенность блоков ЦВМ без увеличения их габаритов. Если первые интегральные микросхемы (ИС) могли заменить один блок ЦВМ второго поколения, то большие интегральные микросхемы (БИС) – уже несколько десятков подобных блоков, и степень их насыщения постоянно росла. К электронным ЦВМ четвертого поколения часто относят машины, которые построены на БИС. Но такая классификация необоснованна, так как нет четкой границы между интегральными микросхемами простых размеров и средних размеров, между большими и средними, между сверхбольшими и большими. Значительно более важный фактор в совершенствовании электронных ЦВМ – изменение главных элементов оперативной памяти. Если ЦВМ первого, второго и третьего поколений содержат запоминающие устройства на базе ферритовых сердечников, то в ЦВМ четвертого поколения в качестве элементов памяти используются полупроводниковые приборы, производимые по технологии, аналогичной производству интегральных микросхем. Образцы подобной памяти небольшого объема изготавливались и применялись как сверхбыстродействующая память; в середине 1970-х гг. появилась тенденция создания оперативной памяти на полупроводниках и применения ферритовых запоминающих устройств как дополнительной медленной памяти.

Для 1970-х гг. довольно характерно явление «поляризации» в технике ЦВМ: с одной стороны, использование вычислительных систем коллективного пользования приводит к изобретению сверхмощных машин с быстродействием порядка нескольких десятков млн операций/с и с огромными объемами оперативной памяти; с другой стороны, для личного использования, а также для обработки экспериментальных данных и управления технологическими процессами, в исследовательских лабораториях конструируются малые ЦВМ– малогабаритные машины со средним быстродействием. Мини-ЦВМ, которые линиями связи соединены с мощными вычислительными системами коллективного пользования, могут использоваться как терминалы. Приставка «мини» относится в основном к размерам машин. Обозначилась также тенденция к уменьшению выпуска машин средней мощности, так как мини-ЦВМ могут обеспечить решение большинства задач конкретного потребителя, а для решения сложных задач выгоднее использовать вычислительные системы коллективного пользования.

В конце 1960-х – начале 1970-х гг. сверхмощные ЦВМ становятся мультипроцессорными, другими словами, в одной подобной машине сосредоточивается несколько процессоров, действующих одновременно.

Преимущество мультипроцессорных систем для параллельного решения многих задач очевидно, однако наличие в одной вычислительной системе нескольких процессоров дает возможность разделить и процесс решения одной задачи, так как каждый реальный вычислительный алгоритм имеет ряд ветвей, выполнение которых может осуществляться независимо друг от друга, что дает довольно большое сокращение времени решения задачи. Мультипроцессорные ЦВМ, технологической основой которых являются БИС, нужно отнести к машинам четвертого поколения.

ЦВМ находят все большее применение в разных сферах человеческой деятельности. Главные области их применения: научно-технические расчеты, которые основаны на математических методах; экономические расчеты (экономико-статистический анализ, планирование, исследование операций, демографическая статистика, материальный и бухгалтерский учет); информационносправочная служба (научно-техническая информация, диспетчерская, библиотечная служба и др.); автоматизация проектирования технических объектов; математическое моделирование в гуманитарных науках: биологии, геологии, медицине, социологии и др.; автоматическое управление технологическими процессами, сложными экспериментальными установками, а также транспортными средствами.

Цифровая индикаторная лампа

Цифровая индикаторная лампа – электровакуумный прибор, цифровой индикатор для визуального отображения информации, которая представлена в знаковой форме в виде светящихся изображений цифр и других знаков. Применяется в основном в пультах управления, цифровых измерительных приборах, вычислительных устройствах. Самыми распространенными являются газоразрядные цифровые индикаторные лампы с несколькими катодами, изготовленными каждый в форме одного из воспроизводимых знаков, и анодом в виде сетки; лампа под давлением в несколько десятков мм рт. ст. заполнена неоном; иногда для повышения стабильности параметров цифровой индикаторной лампы в нее добавляют пары ртути. Для визуального отображения знаков в подобных цифровых индикаторных лампах служит катодный слой тлеющего разряда, который возникает между анодом и одним из катодов при напряжении, достаточном для зажигания данного разряда. Ток в цепи анода выставляется таким, чтобы свечение полностью охватывало поверхность катода. Управление работой цифровой индикаторной лампы, как правило, производят с помощью различных коммутирующих устройств – механических, электронных или электромеханических коммутаторов, реле, переключателей; электронные коммутаторы часто работают в сочетании с усилительными приборами. Изготовляемые промышленностью газоразрядные цифровые индикаторные лампы различаются по своим электрическим параметрам (напряжению зажигания, рабочему току), разрядностью воспроизводимых цифр и характером их нахождения относительно оси лампы (приборы с боковой или торцевой индикацией), по размерам, форме баллонов и т. д. Известны многоразрядные цифровые индикаторные лампы, у которых в одном баллоне конструктивно соединены несколько индикаторов с целью уменьшения размеров индикационных блоков. Цифровые индикаторные лампы характеризуются высокими долговечностью и надежностью (срок их службы может достигать 104 ч), малой потребляемой мощностью (рабочий ток, как правило, при напряжении порядка 100 В не превышает нескольких миллиампер), весьма большой яркостью; они устойчивы к механическим и другим видам воздействиям. Главный недостаток газоразрядных цифровых индикаторных ламп – невозможность их прямого согласования с низковольтными приборами на интегральных схемах и транзисторах из-за довольно высоких значений напряжений, требующихся для управления цифровыми индикаторными лампами.

Кроме газоразрядных, существуют вакуумные цифровые индикаторные лампы, в которых для цифровой индикации применяют другие явления, в частности, катодолюминесценцию.

Читающий автомат

Читающий автомат – машина, которая автоматически распознает цифры текстового оригинала, знаки и буквы, преобразующая их в сигналы для кодирования на компьютере и превращения заложенной информации либо в оригинал-макет, напечатанный на принтере, либо в программу, которая управляет наборным автоматом. Читающие автоматы предназначены в основном для автоматического ввода информации в вычислительные машины или в иные системы автоматической обработки данных напрямую с листа, без ее предварительной записи на машинные носители информации, например, перфорационные карты.

Распознавание знаков в читающих автоматах основано на измерении коэффициента поглощения света отдельных очень маленьких, размером 0,1 мм2 элементарных участков, площадок, на которые при считывании делится поле с изображением читаемого знака, и дальнейшем сравнении полученных результатов с подобными данными по образцовым, обобщенным изображениям знаков – эталонам. Как правило, абсолютного совпадения изображения с эталоном не требуется: сравнение обычно производят до тех пор, пока не будет достигнута наименьшая допустимая погрешность величина, характеризующая сходство изображения с эталоном. В результате сравнения образуется код, который соответствует номеру эталона, наименованию знака или его расположению в алфавите. Образующиеся коды на выходе читающих автоматов, как правило, реализуются в виде электрических сигналов.

Для измерения черноты используют либо системы сканирующего типа, подобные тем, что применяются в телевизионных передающих камерах, либо системы параллельной дискретизации, в которых при помощи компактных светочувствительных элементов одновременно замеряется чернота многих простейших участков изображения. По своему устройству подобная система напоминает сетчатку глаза.

В отличие от аппаратов факсимильной связи и телевизионной передающей камеры, читающие автоматы не только преобразуют в электрический сигнал видимое изображение, но и отбраковывает сигналы, которые соответствуют посторонним изображениям, отделяют незначительные детали и извлекают самую существенную информацию о принадлежности считываемого изображения к конкретному классу знаков. Наиболее простые читающие автоматы предназначены для чтения стилизованных знаков, которым придали специальную форму, например, цифр почтовых индексов на открытках и конвертах. Более сложные читающие автоматы служат для распознавания шрифта простой пишущей машинки. Однако наличие в алфавите похожих по начертанию букв, а также низкое качество изображаемых знаков, напечатанных на машинке, при автоматическом распознавании машинописи усложняют получение высокой достоверности. Наиболее совершенны многошрифтовые читающие автоматы, предназначенные для чтения текстов, которые напечатаны различными машинописными или типографскими шрифтами. Подобные читающие автоматы имеют в своем составе: арифметико-логическое устройство, в котором определяющийся знак сравнивается с эталоном; оперативное запоминающее устройство, в нем хранятся эталоны одного или двух шрифтов; внешнее запоминающее устройство, предназначенное для хранения до нескольких десятков шрифтов; устройство программного управления работой автомата.

Многошрифтовые читающие автоматы по сложности могут быть сравнимы с универсальной ЦВМ средней мощности; скорость чтения у данного автомата с учетом затрат времени на копирование документа, поиск строк и т. п. достигает нескольких сотен знаков в секунду. К 1976 г. были сконструированы опытные образцы читающих автоматов, предназначенные для распознавания рукописных знаков, главным образом стилизованных цифр. В таких читающих автоматах вместо метода прямого сравнения с эталоном применяют различные методы анализа геометрической структуры изображения.

Читающие автоматы используют при обработке банковских чеков, накладных, различных счетов, заявок, нарядов, статистических отчетов и т. д.

Шоттки диод

Шоттки диод – полупроводниковый диод, диод с барьером Шоттки, сконструированный на базе контакта металл – полупроводник; получил свое название по имени немецкого ученого В. Шоттки, который в 1938—1939 гг. создал основы теории данных диодов. При производстве диода Шоттки на очищенную поверхность полупроводникового кристалла, изготовленного из Si, GaAs, реже Ge, методами вакуумного испарения, электролитического или химического осаждения либо катодного распыления наносят тончайший слой металла (Au, Al, Ag, Pt и др.). В диодах Шоттки (в приконтактной области полупроводника) так же, как и в диодах с электронно-дырочным переходом (в области такого перехода), появляется потенциальный барьер, перемена высоты которого под воздействием внешнего напряжения приводит к перемене тока, протекающего через прибор. Ток, протекающий через контакт металл – полупроводник, в отличие от тока, протекающего через электронно-дырочный переход, зависит только от основных носителей заряда.

Главные особенности диода Шоттки в сравнении с полупроводниковыми диодами других типов: шанс получать необходимую высоту потенциального барьера с помощью выбора конкретного металла; низкий уровень высокочастотных шумов; значительная нелинейность ВАХ при незначительных прямых смещениях; весьма малая инерционность; физическая совместимость с интегральными схемами; простота производства. Диоды Шоттки служат в основном СВЧ-диодами разного назначения (детекторными, лавинно-пролетными, смесительными, параметрическими, умножительными, импульсными); помимо этого, диоды Шоттки используют в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света; их применяют, в том числе, в солнечных батареях, выпрямителях тока ВЧ и т. д.

Электровакуумные приборы

Электровакуумные приборы – приборы для преобразования, усиления и генерации электромагнитной энергии, в которых рабочее пространство изолированно от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жесткой газонепроницаемой оболочкой.

К электровакуумным приборам относятся газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе, вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, лампы накаливания.

Лампы накаливания – наиболее массовый вид электровакуумных приборов. Извлечение воздуха из баллона лампы позволяет предотвратить окисление нити накала кислородом. После удаления воздуха для уменьшения испарения раскаленной нити лампы накаливания некоторых типов заполняют инертным газом. Это дает возможность повысить рабочую температуру нити накала, чем повысить световую отдачу ламп без снижения срока их службы. Наличие инертного газа не влияет на преобразования подводимой к лампе электрической энергии в световую. Вакуумные электронные приборы изготавливают с таким расчетом, чтобы в рабочем режиме давление остаточных газов внутри баллона равнялось 10-6—10-10 мм рт. ст.

Ионы остаточных газов при данной степени разрежения не влияют на траектории электронов и шумы, которые создаются потоком таких ионов при их приближении к катоду, сравнительно малы. Подобные электровакуумные приборы охватывают несколько классов приборов.

  1. Электронные лампы – пентоды, тетроды, триоды и т. д.; необходимы для преобразования энергии постоянного тока в энергию электрических колебаний с частотой до 3 × 109 Гц. Главные области использования электронных ламп – радиовещание, радиотехника, радиосвязь, телевидение.

  2. Электровакуумные приборы СВЧ – магнетроны и приборы магнетронного типа, отражательные и пролетные клистроны, лампы обратной волны и лампы бегущей волны и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний с частотами в пределах от 3 × 108 до 3 × 1012 Гц. Электровакуумные приборы СВЧ применяются главным образом в приборах радиолокации, телевидения для передачи телевизионных сигналов по линиям радиорелейной связи, СВЧ-радиосвязи, спутниковым линиям.

  3. Электронно-лучевые приборы – осциллографические электронно-лучевые трубки, запоминающие электронно-лучевые трубки, кинескопы и т. д.; предназначены для различных преобразований информации, представленной в форме световых или электрических сигналов (например, визуального отображения электрических сигналов, преобразования двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов и наоборот).

  4. Фотоэлектронные приборы – передающие телевизионные трубки, вакуумные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители; служат для преобразования оптического излучения в электрический ток и используются в устройствах автоматики, ядерной физики, телевидения, астрономии, звукового кино, факсимильной связи и т. д.

  5. Вакуумные индикаторы – цифровые индикаторные лампы, электронносветовые индикаторы и др. Работа индикаторных ламп базируется на преобразовании энергии постоянного тока в световую энергию. Используются в радиоприемниках, устройствах отображения информации, измерительных приборах и т. д.

  6. Рентгеновские трубки; преобразуют энергию постоянного тока в рентгеновские лучи. Используются: в медицине – для диагностики ряда заболеваний; в промышленности – для нахождения невидимых внутренних дефектов в разных изделиях; в химии и физике – для определения структуры органических веществ, химического состава вещества, параметров и структуры кристаллических решеток твердых тел; в биологии – для определения структуры сложных молекул.

В газоразрядных электронных приборах давление газа, как правило, гораздо ниже атмосферного, поэтому их и относят к электровакуумным приборам. Класс газоразрядных электровакуумных приборов охватывает несколько видов приборов.

  1. Ионные приборы большой мощности до нескольких мегаватт при токах до тысячи ампер, действие которых базируется на нейтрализации объемного заряда ионами газа. К подобным электровакуумным приборам относятся ртутные вентили, применяемые для преобразования переменного тока в постоянный в промышленности, на железнодорожном транспорте и в других отраслях; импульсные водородные таситроны и тиратроны, предназначенные для преобразования постоянного тока в импульсный в устройствах электроискровой обработки металлов, радиолокации и др.; клипперные приборы и искровые разрядники, используемые для защиты аппаратуры от перенапряжений.

  2. Газоразрядные источники света непрерывного излучения, применяемые для освещения помещений, улиц, в киноаппаратуре, светящихся рекламах и т. д., и импульсные источники света, используемые в устройствах телемеханики и автоматики, передачи информации, оптической локации и т. д.

  3. Индикаторы газоразрядные (матричные, знаковые, линейные, сигнальные), предназначенные для визуального воспроизведения информации в ЭВМ и других устройствах.

  4. Квантовые газоразрядные приборы, которые преобразуют энергию постоянного тока в когерентное излучение – газовые лазеры, квантовые стандарты частоты.

Электронная и ионная оптика

Электронная и ионная оптика – наука о поведении пучков ионов и электронов в вакууме под действием магнитных и электрических полей. Так как изучение электронных пучков началось несколько раньше, нежели ионных, и первые применяют значительно шире, чем вторые, весьма распространен термин «электронная оптика». Электронная и ионная оптика занимается главным образом вопросами отклонения, фокусировки и формирования пучков заряженных частиц, а также образования с их помощью изображений, которые можно визуально отобразить на фотографических пленках или люминесцирующих экранах. Такие изображения чаще всего называют ионно-оптическими и электронно-оптическими изображениями. Развитие электронной и ионной оптики в значительной степени определено потребностями электронной техники.

Зарождение электронной и ионной оптики связано с изобретением в конце XIX в. электронно-лучевой трубки. В первой осциллографической электронно-лучевой трубке, произведенной в 1897 г. К. Ф. Брауном, электронный пучок отклонялся с помощью магнитного поля. Отклонение с помощью электростатического поля реализовал Дж. Дж. Томсон в своих опытах по определению отношения заряда электрона к его массе, пропуская пучок через плоский конденсатор, размещенный внутри электронно-лучевой трубки. В 1899 г. немецкий физик И. Э. Вихерт использовал для фокусировки электронного пучка в электронно-лучевой трубке катушку из изолированной проволоки, по которой тек электрический ток.

Однако только в 1926 г. немецкий ученый Х. Буш теоретически рассмотрел движение заряженных частиц в магнитном поле подобной катушки и доказал, что она может использоваться для получения правильных электронно-оптических изображений, вследствие чего является электронной линзой. Последующая разработка электронных линз (электростатических и магнитных) открыла путь к изобретению электронного микроскопа, электронно-оптического преобразователя и ряда других приборов, в которых образуются правильные электронно-оптические изображения объектов, либо излучающих электроны, либо тем или другим способом воздействующих на электронные пучки. Конструирование специализированных электронно-лучевых трубок для радиолокационной и телевизионной аппаратуры, для воспроизведения, хранения и записи информации и т. п. привело к последующему развитию разделов электронной и ионной оптики, связанных с управлением пучками заряженных частиц.

Сильное влияние на развитие электронной и ионной оптики оказала разработка аппаратуры для анализа потоков ионов и электронов (масс-спектрометров, бета-спектрометров и других аналитических приборов). В электронной и ионной оптике, как правило, не рассматриваются вопросы, которые возникают в технике сверхвысоких частот, только иногда рассматриваются процессы в электронных лампах, ускорителях заряженных частиц и других устройствах и приборах, специфика которых отделяет их от главных направлений электронной и ионной оптики.

Для решения большинства задач электронной и ионной оптики достаточно рассматривать движение заряженных частиц, не выходя за рамки классической механики, так как волновая природа частиц в данных задачах почти не проявляется. В таком приближении электронная и ионная оптика носит название геометрической электронной и ионной оптики, что объясняется наличием глубокой аналогии между геометрической электронной и ионной оптикой и геометрической оптикой световых лучей, которая заключается в том, что поведение пучков заряженных частиц в магнитных и электрических полях во многом сходно с поведением пучков лучей света в неоднородных оптических средах. В основе приведенной аналогии лежит более общая аналогия между световой геометрической оптикой и классической механикой, установленная У. Р. Гамильтоном, который в 1834 г. доказал, что общее уравнение механики подобно по форме оптическому уравнению эйконала. Как и в световой геометрической оптике, в геометрической электронной и ионной оптике вводится понятие преломления показателя, при установлении погрешностей изображения – аберраций, значительная часть которых подобна аберрациям оптических систем, – зачастую применяется метод эйконала. Когда приближение геометрической электронной и ионной оптики недостаточно, используются методы квантовой механики.

В электронно-оптических устройствах широко используются магнитные и электрические поля, имеющие симметрию вращения относительно оптической оси системы. Электронные линзы и электронные зеркала с подобными полями называются осесимметричными. Электрические поля с симметрией вращения образуются электродами в виде диафрагм с круглыми отверстиями, чашечек, цилиндров и т. п. Для получения осесимметричных магнитных полей применяют электромагниты (редко постоянные магниты) с полюсами, имеющими форму тел вращения или тороидальных катушек с намоткой из изолированной проволоки, по которой протекает электрический ток. Осесимметричные зеркала и линзы образуют правильные электронно-оптические изображения, если заряженные частицы движутся довольно близко к оси симметрии поля, а их начальные скорости незначительно отличаются друг от друга. Если данные условия не выполняются, погрешности изображения становятся довольно значительными. Когда изображение и предмет находятся за пределами поля, осесимметричные электронные линзы всегда являются собирающими. В электростатических осесимметричных электронных линзах, как и в светооптических линзах, имеющих сферические поверхности, изображение может быть только перевернутым или прямым, в магнитных электронных линзах оно еще дополнительно повернуто на некоторый угол. Электронно-оптические свойства поля с симметрией вращения обусловливаются положением его основных точек, подобных основным точкам светооптических осесимметричных изображающих систем: двух узловых точек, двух главных точек и двух фокусов. Построение изображения осуществляется по правилам световой геометрической оптики. Электростатическим осесимметричным полям присущи те же пять видов геометрических аберраций третьего порядка, что и центрированным светооптическим системам сферических поверхностей: кривизна поля изображения, сферическая аберрация, астигматизм, дисторсия и кома. В магнитных полях к этим пяти добавляются еще три: анизотропные дисторсия, кома и астигматизм. Помимо этого существуют три вида хроматических аберраций, определенных некоторым неизбежным разбросом энергий, которые поступают в поле частиц. Аберрации полей с симметрией вращения в сравнимых условиях сильно превышают по величине аберрации светооптических центрированных систем, т. е. электронные зеркала и электронные линзы по качеству значительно уступают светооптическим. Вопрос о компенсации аберраций или их снижения является одним из главных в теории электронной и ионной оптики.

Существуют и другие типы электронных зеркал и электронных линз, поля которых имеют различные виды симметрии. Они образуют изображения точечных объектов в виде отрезков, однако иногда могут осуществлять и стигматическую фокусировку. Так называемые магнитные, электростатические и цилиндрические зеркала и линзы создают линейные изображения точечных предметов. Поля в подобных электронных линзах «двумерны» и симметричны относительно некоторой средней плоскости, около которой движутся заряженные частицы. В ряде аналитических электровакуумных устройств высококачественная фокусировка нужна только в одном направлении. В подобных случаях целесообразно использовать так называемые трансаксиальные электростатические электронные линзы или трансаксиальные электронные зеркала, аберрации которых в средней плоскости весьма малы. Для воздействия на пучки заряженных частиц с большими энергиями применяют квадрупольные электронные линзы (магнитные и электрические). Для отклонения пучков заряженных частиц применяют электроннооптические устройства с магнитными или электрическими полями, направленными поперек пучка. Элементарным электрическим отклоняющим элементом является плоский конденсатор. В электроннолучевой трубке с целью уменьшения отклоняющего напряжения используют системы с электродами более сложной формы. Магнитные поля, которые предназначены для отклонения пучков, образуются проводниками или электромагнитами, по которым протекает ток.

Весьма разнообразны формы отклоняющих магнитных и электрических полей, используемых в аналитических приборах, в которых применяется свойство этих полей разделять заряженные частицы по массе и энергии. Широко применяется также их свойство фокусировать пучки. Электрические поля, как правило, формируются различными конденсаторами: сферическим, цилиндрическим, плоским. Из магнитных полей часто используются секторное поле и однородное поле. Для улучшения качества фокусировки искривляют границы секторных магнитных полей, а также используют неоднородные магнитные поля, напряженность которых изменяется по определенному закону.

Перечисленные отклоняющие магнитные и электрические устройства, иногда называются электронными призмами, которые отличаются от светооптических призм тем, что они могут не только отклонять, но и фокусировать пучки заряженных частиц. Фокусировка является причиной попадания в поля подобных устройств параллельных пучков, и после отклонения они перестают быть параллельными. Между тем для изготовления высококачественных аналитических ионных и электронных приборов по точному подобию со светооптическим призменным спектрометром нужны электронные призмы, которые аналогично световым призмам сохраняют параллельность пучков. В качестве подобных электронных призм используют телескопические системы электронных линз. Добавив к электронной призме две электронные линзы, одну коллиматорную на входе, другую фокусирующую на выходе, можно образовать аналитический прибор, в котором сочетаются большая электронно-оптическая светосила и высокая разрешающая способность.

Электронная лампа

Электронная лампа – электровакуумный прибор, действие которого базируется на изменении потока электронов, отниманием от катода и движущихся в вакууме, электрическим полем, образуемым с помощью электродов. В зависимости от значения выходной мощности электронные лампы делятся на приемно-усилительные лампы, выходная мощность которых не свыше 10 Вт, и генераторные лампы мощностью свыше 10 Вт.

Первые электронные лампы появились в начале XX в. Это были электровакуумные триоды и диоды – разрабатывались на базе техники производства ламп накаливания и по внешнему виду были очень схожи с лампами накаливания: стеклянная колба, в центре которой находится вольфрамовая нить накала, которая служит катодом.

Уже в 1930-е гг. внешний вид электронных ламп значительно изменился, однако слово «лампа» в ее названии осталось до наших дней. В первой половине XX в. электронные лампы оказали решающее воздействие на характер развития радиотехники.

На их базе появились радиолокация, радиосвязь, звуковое радиовещание, телевидение, вычислительная техника в лице ЭВМ первого поколения. За период 1921—1941 гг. ежегодный мировой выпуск электронных ламп возрос с одного до сотен миллионов штук. Однако успехи полупроводниковой электроники определили бесперспективность дальнейшей разработки радиоаппаратуры на базе приемно-усилительных ламп.

В 60—70-х гг. ХХ в. разработка подобной аппаратуры была остановлена; в результате ежегодный мировой выпуск приемно-усилительных ламп за 1960—1973 гг. уменьшился приблизительно в 3 раза.

Успехи полупроводниковой электроники не оказали влияния на развитие генераторных ламп, поскольку выходная мощность полупроводниковых приборов на радиочастотах не выше 10—100 Вт. Производимые генераторные лампы (тетроды и триоды) характеризуются в непрерывном режиме мощностью от 50 Вт до 3 МВт и до 10 МВт в импульсном режиме. При разработке новых видов генераторных ламп основное внимание уделяется линейности сеточной характеристики (зависимости анодного тока электронных ламп от напряжения на первой сетке; у сегодняшних ламп искажения третьего порядка снижены до – 45 дБ); увеличению коэффициента усиления по мощности до 25—30 дБ; повышению КПД (например, у триодов с магнитной фокусировкой электронов, применяемых для высокочастотного нагрева, он достигает 90%); уменьшению сеточного тока и т. д.

Раздел 15. Оптика

Бинокль

Бинокль – оптический прибор для рассматривания находящихся вдали объектов двумя глазами. Принципиальная конструкция бинокля – это две зрительные трубы, соединенные вместе и расположенные параллельно. Бинокли по своей конструкции и устройству различаются по типам: бинокль Галилея и бинокль призменный (Малофеева– Порро). Бинокль Галилея дает прямое изображение предметов и имеет высокую светосилу, фокусное расстояние его объектива – положительное, окуляра – отрицательное. Но его недостаток – малое поле зрения, и его увеличение составляет всего 2,5—4 крат, поэтому его применение ограничено. Бинокль призменный дает перевернутое изображение из-за применения относительно длинных зрительных труб и имеет оборачивающую систему, обладает большим полем зрения, повышенной стереоскопичностью. В фокальной плоскости объектива применяется сетка для определения расстояний и угловых расстояний между объектами. Начало создания оптических приборов для наблюдения дальних объектов относится к 1609 г., когда Г. Галилей построил зрительную трубу для астрономических наблюдений. В 1630 г. И. Кеплер построил зрительную трубу, отличающуюся от конструкции Галилея увеличением поля зрения. Поэтому в современных оптических приборах используются окуляры кеплеровских зрительных труб. Основные характеристики современного бинокля – это увеличение, угол поля зрения, диаметр объектива, пластичность. Бинокли различаются по кратности, т. е. по увеличению на группы: 2—4-кратное – малое увеличение (театральное), 5—8-кратное – среднее увеличение, 10—22-кратное – большое увеличение. Угол поля зрения бинокля прямо пропорционален углу поля зрения окуляра и обратно пропорционален увеличению. Различные окуляры имеют угол поля зрения до 70—90°. Величина диаметра объектива – показатель использования данного бинокля ночью или в сумерках. Диаметр объектива определяет разрешающую способность бинокля.

Качество стекла и просветление оптики определяют коэффициент пропускания бинокля, он составляет до 0,9 для бинокля Галилея и до 0,75 – для призменного бинокля. Оптическая пластичность – это усиление стереоскопического эффекта. Она равна произведению увеличения бинокля и увеличения базы. Пластичность бинокля с разведенными объективами составляет 0,5—2, что способствует полному использованию поля зрения бинокля. Для людей, носящих очки, разработаны специальные бинокли с большим удалением диаметра объектива от последней линзы окуляра и составляющим до 18 мм, в отличие от обычных, имеющих это расстояние до 12 мм. Призменные бинокли по способу наведения на фокус делятся на типы и бывают с центральной или раздельной фокусировкой. Наведение на фокус может осуществляться или при отдельном выдвижении каждого окуляра, или одновременном выдвижении обоих окуляров сразу. Возможно также выдвижение одного окуляра относительно другого, это удобно для наблюдения разноудаленных от наблюдателя объектов. Сфера применения современных биноклей очень широка. Они используются в военном деле, в научных исследованиях, навигации, путешествиях, геодезии, в геолого-разведочных работах и других областях.

Бинокулярная лупа

Бинокулярная лупа – оптический прибор для рассматривания мелких деталей объекта одновременно двумя глазами, получающий стереоскопическое изображение, но имеющий небольшое увеличение, в 2—4 раза. Конструкция бинокулярной лупы состоит из оправы и эластичного кольца. В эту оправу вмонтированы две линзы.

Лупа

Лупа – оптический прибор. Представляет собой собирающую линзу, предназначенную для рассматривания предметов, небольших по размеру и на расстоянии меньше фокусного расстояния самого прибора.

Основная характеристика лупы – это ее увеличение. Увеличение – это отношение угла, под которым виден предмет через лупу, к углу, под которым этот же наблюдаемый предмет виден невооруженным глазом. Это расстояние наилучшего видения, оно составляет 0,25 м. Увеличение лупы зависит от ее конструкции и может составлять от 2 до 50 раз. Бывают лупы, обеспечивающие малое, среднее и большое увеличение. Лупа, имеющая самое малое увеличение (не более 3), имеет конструкцию простой собирающей линзы. Лупа, имеющая среднее увеличение (не более 10), представляет собой систему из двух-трех линз. Лупа, имеющая большое увеличение, представляет собой сложный окуляр. Угол поля зрения луп с малым и средним увеличением – не более 15—20°. Угол поля зрения луп с большим увеличением составляет 80—100°. Лупы имеют различное устройство в зависимости от назначения. С помощью лупы измеряют линейные размеры как далеких, так и близких объектов, и даже такие объекты, как буквы, их параметры, расстояния между ними.

Лупа.

Телелупа позволяет рассматривать объекты на далеких расстояниях, так же как и бинокулярная (стереоскопическая) лупа, конструкция которой состоит из ахроматических линз и бинокля с небольшим увеличением. Способ измерения расстояний при помощи лупы основан на совмещении измеряемого объекта с плоской шкалой, находящейся в фокальной плоскости измерительной лупы, и на сравнении изображения объекта и шкалы.

Микротом

Прибор микроскопической техники. Применяется в исследовательских целях, для наблюдения под микроскопом тонких срезов ткани. Прибор получает эти ткани и при необходимости их замораживает или заливает в целлоидин, парафин. Такие приборы появились с общим развитием микроскопической техники. Первый микротом изобрел в начале XIX в. в Германии ученый-биолог А. Ошац. Современные микротомы разделяются на два типа по принципу действия. В микротоме одного типа микротомный нож движется по горизонтали, исследуемый объект закреплен в держателе. В микротоме другого типа микротомный нож остается неподвижным, но движется исследуемый объект. Если ткань исследуется сразу, то микротом ее замораживает жидкой двуокисью углерода в солевом или водном растворе. Для более длительного хранения заливают в парафин или в целлоидин. Толщина слоя среза, залитого в парафин, до 2 мкм, в целлоидин – до 12 мкм. Замороженный слой до 10 мкм. Разновидность микротома – ультрамикротом – производит сверхтонкие срезы для наблюдения электронным микротомом, что достигается специально отрегулированной подачей ножа или исследуемого объекта. Ультрамикротомный нож изготовлен из стекла или алмаза. Качество режущего края ножа проверяется в темном поле микроскопа, так как от него и от среды для заливки зависит толщина среза. Как правило, в ультрамикротоме нож неподвижен, движется исследуемый объект с помощью тепловой подачи. Такой способ изобрел в 1953 г. Ф. Шестранд. Тепловая подача осуществляется расширением несущего стержня с закрепленным на нем объектом. Современные ультрамикротомы позволяют получить сверхтонкие срезы 50—800 Å.

Монокль

Монокль – это оптическое устройство имеет два значения в зависимости от области применения. Одна область применения – очковая линза, которая зажимается веками, использовалась в работе, как правило, часовщиками, ювелирами. Другая область применения – это фотографический объектив – одиночная линза, используется для фотосъемки пейзажей, поэтому монокль еще называется ландшафтной линзой. Он имеет выпукло-вогнутое строение и повернут своей выпуклой стороной к фотослою с диафрагмой перед объективом. Угол поля изображения не превышает 25°.

Стереоскоп

Стереоскоп – оптический прибор для дешифрования снимков местности. Стереоскопы разделяются очень широко на типы по конструкции и назначению, бывают портативные, полевые, карманные, настольные, стационарные. Основные характеристики: увеличение и поле зрения. Портативные стереоскопы имеют 3-кратное увеличение, а станционарные – 15-кратное. Поле зрения у портативных 6 × 6 или 11 × 15 см, у стационарных – 10 × 10 см. Принцип действия стереоскопа основан на наблюдении попарно перекрывающихся снимков, сделанных с двух точек местности, что дает объемное восприятие объектов. Для получения совмещенного изображения стереоскопы оборудованы линзами или отражательными зеркалами. Настольные (или стационарные) стереоскопы могут сканировать, что достигается перемещением оптической системы и стола стереоскопа друг относительно друга, и это дает возможность рассматривать одновременно целый ряд пар снимков.

Существуют также стереомикроскопы, которые позволяют тщательно изучать научные фотографии, имея переменное увеличение. Модификацией стереоскопа являются стереопантографы. Их конструкция состоит из оптического пантографа и стереоскопа, имеющего сменное увеличение.

Стереотруба

Стереотруба – оптический прибор. Конструкция прибора включает две зрительные трубы, лимб, держатель, окуляры, шкалу расстояний между окулярами, механизм вертикальной наводки, барабан отсчета, уровень, оптическую насадку.

Все приспособления смонтированы на треноге, что позволяет вести наблюдение за местностью из укрытия. Максимальное расстояние между объективами (переменный стереобазис) составляет 75 см, что позволяет получать стереоскопическое изображение, создающее видимость пространственности и объемности. В окуляре находится угломерная сетка, позволяющая измерять горизонтальные и вертикальные углы. Угломерная сетка и лимб снабжены подсветкой. Стереоскоп имеет насадочную линзу, которая дает 20-кратное увеличение.

Теодолит

Теодолит – оптический прибор, геодезический инструмент для теодолитной съемки местности, применяется в геодезии и топографии, измеряет направления и вертикальные и горизонтальные углы. Измерительное приспособление теодолита – это круги с градусными делениями, расположенные вертикально и горизонтально. Круги изготовлялись из металла, и отсчеты проводились микрометром. Но с середины ХХ в. круги стали делать из стекла, и теодолиты получили еще и оптические устройства для отсчета. Они называются оптическими теодолитами. Конструкция оптического теодолита включает: треножник, триер, рукоятки перестановки вертикального и горизонтального кругов, оптический центрир, устройство алидады, окно освещения и наблюдательную систему уровня, оптический микрометр, визирную зрительную трубу, переключатель отсчетов, закрепительно-наводящее устройство трубы. Конструкция оптического устройства теодолита включает оптические детали зрительной трубы, оптический микрометр, окуляр и объектив микроскопа, призму для переключения отсчетов, вертикальный и горизонтальный круги, объективы вертикального и горизонтального кругов, оптический центрир, призму-лупу.

Основные характеристики теодолитов – это диаметры вертикального и горизонтального кругов, цена деления кругов и отсчетного устройства, увеличение зрительной трубы, предел измерения вертикальных углов и масса теодолита. Теодолитная съемка – это горизонтальная съемка местности; используется в населенных пунктах, имеющих застройку. Ее проводят для изготовления контурного плана местности. Высоты теодолит не определяет. Теодолитная съемка начинается с подготовки: обозначают теодолитный ход, намечают его привязку к геодезической сети. Теодолитный ход идет по местам, удобным для измерений. Длина между точками измерений составляет 50—400 м. Погрешности в измерениях приборов небольшие, их уменьшают подготовительной методикой и качеством изготовления.

Ультрамикроскоп

Ультрамикроскоп – оптический прибор, предназначенный для наблюдения микрочастиц меньше разрешающей способности оптических приборов. Принцип действия основан на дифракции света. Наблюдаемый объект освещается очень сильным светом и проявляется в виде дифракционной яркой точки. Прибор не дает информации о форме, структуре и размерах объекта, т. е. его оптического изображения, но позволяет определить наличие таких объектов или их концентрацию в исследуемом образце, так как размер самых маленьких частиц, которые может обнаружить ультрамикроскоп, составляет от 20—50 мм до 1—5 мкм. Первый ультрамикроскоп появился в 1903 г., его изобрели австрийские ученые Р. Зигмонди, Г. Зидентопф. Их изобретением был щелевой ультрамикроскоп. Принцип его действия основан на неподвижной наблюдаемой системе. Через узкую щель освещают исследуемый объект, находящийся в кювете, и в окуляре можно наблюдать дифракционные пятна, попавшие в участок, освещаемый из щели, в виде светящихся точек.

В середине в 1950-х гг. в России ученые Г. Я. Власенко и Б. В. Дерягин изобрели поточный ультрамикроскоп. Принцип его действия основан на движении аэрозоля по трубке в сторону окуляра. Эта зона освещена, и исследуемые частицы, попавшие в нее, наблюдаются очень яркими вспышками и регистрируются фотометрически. Фотометрический клин регулирует яркость потока света и выделяет частицы размером больше установленного предела. Их можно регистрировать до 1010 на 1 см3. Ультрамикроскопы подразделяются на типы по конструкции и назначению. Но принципиальная конструкция любого ультрамикроскопа включает источник света, осветительный объектив, конденсор, кювету для образца, микроскоп наблюдения. Ультрамикроскопы используют для изучения коллоидных, дисперсных систем. С помощью ультрамикроскопов можно определить степень загрязненности среды, которую не удается зафиксировать оптическими микроскопами, поэтому с помощью ультрамикроскопов осуществляют контроль за качественным составом воздуха и воды.

Вантуз

Вантуз представляет собой клапан, через который автоматически удаляется воздух, скапливающийся в высших точках водопроводных, отопительных и тому подобных систем.

Принцип действия основан на поднятии и опускании плавающего полого резинового шара.

При скоплении в вантузе воздуха шар опускается и открывает выход в атмосферу.

По мере выхода воздуха вода поднимается, и шар всплывает, закрывая выходное отверстие и не давая воде вытекать из водопровода.

Вентиль трубопроводный

Вентиль трубопроводный используется как запорное устройство для регулирования подачи жидкости или газа, для включения или выключения определенного участка трубопровода. При невысокой температуре и небольшом давлении используют вентиль с внутренним резьбовым концом, в наиболее ответственных случаях применяют вентиль с наружным резьбовым концом. Процесс управления регулирующими и запорными устройствами (вентилями, клапанами или задвижками) может быть местным или дистанционным.

Местное управление осуществляется, как правило, вручную – оператором. Местное управление применяется при использовании электроприводов и в случаях, когда командные аппараты расположены рядом с оборудованием для проверочных, наладочных и ремонтных работ, а также при эксплуатации защитных устройств, предназначенных для блокировки и сигнализации.

Воздушный душ

Воздушный душ используется как дополнительное средство общеобменной вентиляции на рабочих местах с вредными условиями труда, например, при обработке стекла, керамики, ковке и горячей штамповке стальных заготовок, в литейных, кузнечных цехах, при термообработке изделий, в химической промышленности, при производстве некоторых лекарственных средств.

Устройства для воздушного душа подразделяются на следующие виды: подающие наружный воздух с предварительным нагревом или охлаждением, подающие наружный воздух в неизменном виде, подающие внутренний воздух с предварительным нагревом или охлаждением, подающие внутренний воздух в неизменном виде.

При расчете и проектировании устройств воздушного душа необходимо учитывать ширину активной составляющей свободной струи, ее скорость, турбулентность, диаметр выходной части патрубка устройства, расстояние от патрубка до рабочего места, площадь обдувания, а в некоторых случаях и интенсивность теплового облучения. Если рабочее место не имеет строго фиксированного положения, то воздушную струю подают на высоту 1,2—1,5 м от пола или наклонно, располагая патрубок выхода воздуха на 1,8—2,2 м от пола.

Чаще всего применяется в настоящее время конструкция воздушного душа, предложенная В. В. Батуриным. Особенность этой конструкции в применении отклоняющегося от вертикальной оси патрубка с подвижными лопатками, поворот которых определяет направление движения воздушной струи. Наряду с установками воздушных душей в случаях, где не требуется нагрев или охлаждение воздуха, применяются осевые передвижные вентиляторы ЦАГИ № 5 в комплекте с электродвигателем, позволяющие менять высоту подачи и наклон воздушной струи.

Эффективность работы воздушного душа колеблется в обратной зависимости от температуры окружающего воздуха. Возникает непрерывный цикл теплообмена, когда охлаждаемый воздух отдает свое тепло воде, а вода, испаряясь, увлажняет воздух. Воздух охлаждается путем пропускания его через орошаемый фильтр, либо через распыляющую воду камеру, либо с помощью воздушного душа.

Воздушный оазис (аэрация)

Воздушный оазис (аэрация) представляет собой организованный естественный воздухообмен в помещениях, осуществляемый за счет разности плотностей наружного и внутреннего воздуха и воздействия ветра на наружные ограждения здания с целью создания в помещении необходимого микроклимата. Аэрация широко применяется в промышленных цехах (кузнечных, литейных, прокатных и т. п.) со значительными избытками тепла.

Для расчета воздушного оазиса необходимо учитывать размеры здания, перепады давления воздуха, размеры проемов, температуру в рабочей зоне, расположение источников тепла, температуру воздуха, выходящего через проемы здания, наружную температуру воздуха и т. д.

Устройства для обеспечения воздушного оазиса:

  1) приточные фрамуги;

  2) дефлекторы;

  3) незадуваемые фонари;

  4) вытяжные шахты.

Известно несколько конструкций приточных фрамуг:

  1) одинарные верхнеподвесные фрамуги с поворотом на верхней оси не более чем на 45°. Используются, как правило, для притока и вытяжки воздуха;

  2) одинарные среднеподвесные фрамуги с поворотом на средней оси на угол не более 90°;

  3) верхнеподвесные фрамуги, выполненные с двойными рамами, установленные в цехах; в теплое время года направляют горячий наружный воздух вниз, к полу, где он охлаждается;

  4) фрамуги, укрепленные на нижней оси, открывают в холодное время года на угол не более 30° для того, чтобы холодный воздух, поступивший в здание, нагревался, двигаясь вверх, и теплым спускался вниз, в помещение;

  5) фрамуги, установленные на расстоянии двух метров от пола, открыв, закрепляют для проветривания рейкой.

Воздух удаляется из зданий, как правило, через фрамуги, вращающиеся на верхней оси.

Дефлектор – часть вытяжного устройства в виде насадки на вытяжную трубу для усиления тяги и устранения задувания ветра в вытяжные каналы.

В настоящее время наиболее часто используются дефлекторы системы В. И. Ханжонкова – ЦАГИ. Конструкция дефлектора ЦАГИ предусматривает наличие патрубка с диффузором конической формы, щитка для предохранения от задувания ветра, зонта и цилиндра, которые служат для защиты вытяжного отверстия, к которому крепится дефлектор, от попаданий атмосферных осадков.

Достоинства: независимость работы дефлектора от изменения направления ветра и обеспечение надежной защиты вытяжной шахты от осадков.

Незадуваемый фонарь – устройство, в котором возникает разрежение между стенками фонаря и щитами защиты от ветра, благодаря чему производится вытяжка воздуха из помещения.

Вытяжные шахты – устройства, устанавливаемые в перекрытиях промышленных зданий, работа которых обусловлена естественным давлением, возникающим из-за разности температур внутри шахты и снаружи здания.

Калорифер

Калорифер представляет собой прибор для нагревания воздуха в системе воздушного отопления, вентиляции и сушки.

Оцинкованный нагревательный элемент калорифера выполнен в виде стальных трубок с укрепленными на них гофрированными пластинами. Горизонтально расположенные трубки калориферов укомплектованы съемными щитками, с помощью которых можно объединить их в одну сплошную поверхность по ходу воздуха.

В зависимости от теплоносителя по конструкции калориферы бывают одноходовые и многоходовые.

Если в качестве теплоносителя используется пар, калориферы выполняют с вертикально расположенными трубками. Используется одноходовой калорифер типа КВС-П или типа КВБ-П с рабочим давлением до 1,2 МПа и температурой до 190 °С.

Если в качестве теплоносителя используется вода, калориферы выполняют из пучка насаженных одна на другую спирально-накатных биметаллических трубок: наружной – алюминиевой с накатным спиральным оребрением, и внутренней – стальной. Используются многоходовые калориферы типа КСк3 или типа КСк4 с рабочим давлением до 1,2 МПа.

Многоходовые калориферы могут быть выполнены с горизонтальным или вертикальным расположением трубок. При вертикальной установке для удаления воздуха из каждой секции используют водоспускной штуцер и устанавливают на них краны.

В этом случае калориферы соединяют последовательно, гидравлические потери не превышают напора в системе перед установкой, поэтому такое соединение применяют наиболее часто.

Калориферы, в которых воздух нагревается горячей водой или паром, могут быть пластинчатыми или биметаллическими с алюминиевым оребрением.

Применяют также электрические калориферы типа СФО, мощность которых 5—250 кВт, предназначенные для нагрева воздуха в системе вентиляции и кондиционирования воздуха. Калорифер типа СФО может работать в ручном или автоматическом режимах. Автоматический режим работы предусматривает отключение калорифера при достижении 180 °С на поверхности калорифера.

Конвектор

Конвектор представляет собой вид отопительного прибора систем центрального отопления, в котором почти все тепло от теплоносителя передается в отапливаемое помещение посредством конвекции.

Наиболее распространен конвектор, состоящий из оребренных труб, по которым проходят горячая вода или пар. Трубы заключены в металлические кожухи с отверстиями внизу и наверху для прохода воздуха. Конвекция – это перемещение жидкости или газа, приводящее к массо– и теплообмену.

Различают естественную конвекцию, вызванную неоднородностью среды, и вынужденную конвекцию, вызванную внешним механическим воздействием на среду.

Последние модификации конвекторов типа «Комфорт-20», используемых при температуре воды до 150 °C и давлении до 1 МПа, выпускаются проходными, устанавливаемыми последовательно с конечным концевым конвектором, или концевыми.

Конвекторы типа «Ритм» выпускаются группами.

Высокие конвекторы, предназначенные для работы в холлах и вестибюлях, выпускают разными по высоте и способам крепления боковых панелей.

Кондиционер

Кондиционер – устройство, применяемое в системе кондиционирования воздуха (для поддержания благоприятных параметров воздушной среды). Эти параметры включают влажность, температуру, состав, движение воздуха. Кондиционеры используются в закрытых помещениях, транспортных средствах, для технологических процессов работы приборов. Кондиционирование – это приточная вентиляция. Система кондиционирования работает вместе с отопительной системой, в холодную погоду подогревая и увлажняя воздух в помещении, в теплую погоду, наоборот, охлаждая и осушая. Первые кондиционеры появились в 1897 г. в США. Сначала это устройство для сушки и охлаждения воздуха применялось для технологических процессов в текстильной промышленности. В 1920-х гг. стали использовать кондиционеры для поддержания микроклимата в зрительных залах. В середине ХХ в. было налажено промышленное производство кондиционеров. Современные кондиционеры в зависимости от источника снабжения холода и тепла бывают автономными, неавтономными и доводчиками.

Автономные кондиционеры. Их конструкция включает электродвигатели, холодильные компрессоры, испарители, вентиляторы, регулировочные приборы, которые и поддерживают необходимые параметры воздуха. Автономные кондиционеры бывают горизонтальными, вертикальными, раздельноагрегатными. Это, как правило, зависит от их назначения. Горизонтальные кондиционеры поддерживают комфортную среду в одном помещении, имеющем площадь не более 50 м2. Они, как правило, располагаются в окне и имеют конденсатор воздушного охлаждения. Производительность горизонтальных кондиционеров 450—1000 м3/ч, мощность 1,1—2,6 кВт, производительность по холоду 1600—4500 ккал/ч.

Вертикальные кондиционеры могут обслуживать несколько помещений, имеющих общую площадь 1700 м2. Они сконструированы в виде шкафа и имеют конденсатор водяного охлаждения. Производительность 1300—1600 м3/ч, мощность 2,7—3,6 кВт, производительность по холоду 6000—75 000 ккал/ч.

Раздельно-агрегатные кондиционеры, соединенные между собой трубопроводом, располагаются в разных корпусах здания: компрессно-конденсаторный агрегат – в одном корпусе снаружи для снижения шума во время работы, вентиляторно-испарительный агрегат – в другом корпусе в помещении. Площадь обслуживаемых помещений составляет 300 м2, производительность такого кондиционера 1600—7000 м3/ч, мощность 4,5—19 кВт, производительность по холоду 7800—30 000 ккал/ч.

Горизонтальные и раздельно-агрегатные кондиционеры устанавливаются как в промышленных, так и в общественных и жилых зданиях, вертикальные кондиционеры – только в промышленных и общественных, поскольку создают много шума. Автономные кондиционеры используются также для вентиляции и отопления помещений. Неавтономные кондиционеры по конструкции бывают горизонтальными и вертикальными. Они представляют собой унифицированные секции, выпускаемые заводом, и на месте эксплуатации устанавливаются согласно стандартной или проектной схеме. Они оборудованы устройствами регулирования контроля и управления. Производительность по воздуху – вертикальных 1500—20 000 м3/ч, горизонтальных 10 000—500 000 м3/ч, по холоду вертикальных – 7500—100 000 ккал/ч, горизонтальных 50 000—3 000 000 ккал/ч.

Кондиционеры-доводчики используются в гостиничных, административных зданиях. Располагаясь под окном помещений, они работают от центрального кондиционера посредством присоединения через воздуховоды и трубопроводы. Существует два типа кондиционеров-доводчиков – вентиляторные и эжекционные (бесшумные). Принцип действия эжекционных кондиционеров-доводчиков основан на движении с большой скоростью первичного воздуха, который увлекает внутренний воздух, и он проходит через теплообменник, охлаждаясь в теплую погоду и согреваясь в холодную. Оба воздушных потока смешиваются и направляются в помещение. Регулировка кондиционеров-доводчиков осуществляется изменением количества подаваемого тепла.

Специальные воздухоохладительные автономные кондиционеры работают в кабинах многих средств транспорта.

На производстве для ведения технологических процессов используются системы кондиционирования, состоящие из очищающих, нагревающих, осушающих, охлаждающих, увлажняющих, перемещающих, распределяющих воздух устройств и регулирующих его стандартные параметры. Системы кондиционирования бывают центральными и местными. Для обслуживания одного помещения используют местные системы кондиционирования, имеющие собственный источник холода и получающие электроснабжение от сети.

Для обслуживания нескольких помещений используют центральные системы кондиционирования, получающие тепло и холод от тепловых и холодильных установок по трубопроводам. Подача воздуха может быть прямоточной и рециркуляторной (прямоточный поток – это только наружный воздух, рециркуляторный – это смешанный воздух, наружный и часть внутреннего).

Кондиционеры применяются почти во всех областях производства: для участия в технологическом процессе, для получения продукции, для создания комфортных условий в общественных, жилых, промышленных помещениях, для обеспечения определенных климатических условий в специализированных организациях, при проведении научно-исследовательских работ. На современном производстве существует очень много технологических процессов, проведение которых невозможно без кондиционирования. Это различные химические реакции испытания материалов, процессы кристаллизации, высокоточной обработки инструментов.

Кондиционер – это необходимое оборудование в фармацевтической, текстильной, электронно-вакуумной промышленности, точном приборостроении. Создание и развитие новых видов производства с повышенным требованием к параметрам воздуха и условиям внутреннего климата способствуют дальнейшему распространению кондиционеров, развитию и совершенствованию их конструкций. Ведется разработка принципиально новых отопительноохладительных кондиционеров на полупроводниках, отличающихся низким уровнем шума во время работы, отмечается широкое использование двухканальных систем кондиционирования.

Кран

Кран – запорное устройство, состоящее из следующих деталей: корпуса, затвора, вентильной головки и прокладки.

Затвор, выполненный в форме пробки, шара или сферы, имеет отверстие для пропускания потока воды. При вращении затвора вокруг своей оси, перпендикулярной к направлению потока, отверстие его перекрывается, прекращая доступ воды.

По конструкции затворы бывают пробковые, сферические, шаровые. Соответственно краны могут быть пробковые и шаровые.

Пробка крана может иметь форму конуса или цилиндра.

В зависимости от направления потока краны бывают проходные – с прямолинейным движением потока и угловые – с отклонением потока на 90°.

По конструкции краны делятся на двух– и трехходовые, что определяется количеством рабочих положений пробки.

Двух– и трехходовые краны подразделяются на сальниковые, натяжные и с подъемной пробкой. Трехходовые краны могут иметь произвольное сообщение трех трубопроводов.

Краны отличаются малогабаритностью, имеют небольшое гидравлическое сопротивление и простое управление.

Прокладки, которые устанавливаются между корпусом и вентильной головкой, могут быть изготовлены из картона, резины или полиэтилена высокой плотности.

Пылеуловители

Пылеуловителями называются аппараты для очистки воздуха от пыли, используемые в промышленности вместо дорогих газоочистных сооружений, где пыле– или золоулавливание производятся в небольших объемах или лишь время от времени.

Некоторые из видов пыли вредны для здоровья, что приводит к необходимости очищения воздуха с целью соблюдения требуемых санитарно-гигиенических норм в производственных помещениях. Скопление пыли в производственных помещениях ведет к преждевременному износу оборудования. Концентрация ее выше определенного уровня может привести к взрыву. Все это послужило предпосылкой для создания пылеулавливающих аппаратов.

Пылеуловители подразделяются на:

  1) аппараты сухой инерционной очистки;

  2) аппараты мокрой очистки. Аппараты сухой очистки газов подразделяются на:

  1) пылеосадительные камеры инерционного действия;

  2) жалюзийные аппараты;

  3) циклоны;

  4) ротационные пылеуловители;

  5) дымососы-золоуловители.

Аппараты мокрой очистки подразделяются на:

  1) центробежные скрубберы;

  2) мокрые аппараты ударно-инерционного действия;

  3) полые газопромыватели;

  4) насадочные газопромыватели;

  5) барботажные и пенные аппараты;

  6) дезинтеграторы;

  7) скоростные газопромыватели. Кратко охарактеризуем каждый из них.

Пылеосадительные камеры инерционного действия

Принцип их действия основан на гравитационном осаждении частиц из горизонтально направленного потока газов, а также их инерционном осаждении при обтекании газовым потоком цепных или проволочных завес и отклоняющихся перегородок.

Достоинства: простота конструкции. Недостатки: продолжительное время очистки, большие габариты.

Жалюзийные аппараты – принцип действия основан на отсасывании той части газового потока, разделенного жалюзийной решеткой, которая содержит основную массу пыли, обычно составляющую 10—20% от всего поступившего в пылеуловитель газа.

После очищения эта часть газа снова смешивается с основным потоком газов, поступивших в пылеуловитель.

Достоинства: простота конструкции и малая занимаемая площадь.

Недостатки: улавливание частиц размером не менее 20 мкм, снижение коэффициента очистки из-за износа жалюзийных решеток после трех месяцев использования.

В настоящее время используется для очистки газов, образующихся при сжигании торфа, от крупных составляющих золы.

Циклоны – принцип действия основан на применении центробежной силы, образующейся при вращательно-поступательном движении потока газа.

Частицы пыли, вместе с частью газа попавшие в циклон, под действием центробежной силы опускаются в бункер, а затем за счет сил инерции отделяются от газов, меняющих направление на 180°.

При движении этой части газов к выхлопной трубе они смешиваются с частью газов, не попавшей в бункер.

Достоинство: используются для очистки дымовых газов и улавливания пыли с высокой слипаемостью и абразивностью частиц.

Недостаток: поскольку бункер играет важную роль в аэродинамике циклонной очистки, то уменьшение размеров бункеров по сравнению с рекомендуемым приводит к снижению эффективности работы аппарата.

Циклоны используются в одинарном или групповом исполнении.

Циклоны могут иметь прямоточную или батарейную конструкцию.

Прямоточные циклоны достаточно эффективно используются при небольшом содержании мелких частиц в очищаемых газах.

После поступления во входное отверстие прямоточного циклона раскручиваемые с помощью направляющего аппарата частицы газа попадают к стенкам выходного патрубка, спускаются в пылевую камеру, а затем очищенный там поток газа через выходной батарейный циклон объединяет в своем корпусе несколько циклонных элементов. Они имеют общие провод и отвод газов и один сборочный бункер.

Достоинство: уменьшенные по сравнению с другими циклонами габариты и возможность их использования для улавливания наиболее крупных с высокой образивностью частиц, для уменьшения износа других более эффективных циклонов, установленных после прямоточных.

Недостаток: маленький коэффициент эффективности работы.

В применяемых раньше циклонных элементах для раскручивания потоков газа использовались направляющие с двумя винтовыми лопастями, наклоненными под углом 25°, или с восемью наклоненными под тем же углом лопастями типа «винт» или «розетка». Направляющие аппараты типа «розетка» имеют лучший коэффициент эффективности очищения, чем направляющие аппараты типа «винт», но при этом быстрее забиваются пылью. Поэтому последние разработки конструкций циклонов привели к применению тангенциального подвода газов к элементам и к увеличению диаметра нижнего конуса циклонного элемента с одновременным отсосом концентрата пыли или золы из сборного бункера.

Центробежные пылеуловители ротационного действия

Их работа заключается в следующем: очищающая смесь газов приобретает вращательное движение с помощью рабочего колеса и попадает в кожух пылесборника, а затем очищенный газ выходит через выходной патрубок.

Ротационные пылеуловители бывают двух типов. В первом из них улавливаемые частицы очищаемой смеси с помощью наклонных лопастей вентилятора движутся в направлении подачи газа, обратном движению ротора. В ротационных пылеуловителях второго типа частицы пылегазовой смеси с помощью центробежной силы вращающегося барабана приобретают направление, обратное движению поступающего газового потока. В этом случае эффективность очистки газа определяется отношением центробежной силы к силе аэродинамического сопротивления газового потока.

Дымососы-золоуловители – дымовой газ всасывается через входной патрубок и под действием центробежной силы, образующейся в результате вращения улитки рабочего колеса, осаждается на стенках корпуса дымососа, а затем посредством перепада давления, производимого крыльчаткой, через патрубок уловленной золы попадает в циклон.

Очищенный таким образом газовый поток через крыльчатку тракта рециркуляции, снова закручивающей поток газа, повторно попадает в улитку рабочего колеса. Благодаря работе рециркуляционного тракта значительно повышается коэффициент эффективности работы дымососа-золоуловителя.

В связи с этим была создана последняя модификация дымососов-золоуловителей, в которых на валу дымососа были установлены спиральная улитка и крыльчатка отсосного тракта. Это привело к увеличению размеров дымососа, но значительно продлило срок работы улитки рабочего колеса.

Достоинство: при увеличении нагрузки коэффициент эффективности очистки остается неизменным.

Недостаток: быстрый износ крыльчатки рабочего колеса.

Центробежные скрубберы работают следующим образом: частицы поступающего газового потока, подлежащего очищению, при помощи центробежных сил, образованных вращением лопастной направляющей, попадают на орошаемые стенки скруббера и, захватываясь каплями воды, вместе с ними выводятся из аппарата.

Достоинство: простота конструкции.

Недостаток: эффективно используются только при улавливании частиц размером менее 20 мкм.

Мокрые ударно-инерционные аппараты – принцип действия состоит в следующем: через входной патрубок частицы очищаемого газа попадают в резервуар с жидкостью и при повороте газового потока на 180° абсорбируются на водной поверхности, а очищенный поток газа удаляется через выходной патрубок.

Последняя модификация аппаратов ударно-инерционного действия – ротоклон. Он предполагает использование в их конструкции изогнутых каналов с находящейся в них жидкостью, после удара о поверхность которой частицы газа вместе с каплями жидкости пропускаются через каплеотбойник.

Достоинство: простота конструкции, возможность регулировать их производительность, не влияя на эффективность очистки.

Недостаток: эффективно используется только при улавливании частиц размером менее 20 мкм.

Полые газопромыватели – принцип действия заключается в следующем: входящие в цилиндрическую камеру частицы очищаемого газа абсорбируются жидкостью, распыленной в ней, а очищенный газ направляется к выходному патрубку.

Достоинство: высокая степень очистки.

Недостаток: эффективно используется только при улавливании частиц размером более 10 мкм.

Насадочные газопромыватели

В этих устройствах для очистки газов используются укладываемые на опорную решетку насадки с различной конфигурацией.

Достоинство: эффективно применяется только для улавливания хорошо смачиваемой газовой смеси при условии абсорбции в процессе очистки.

Недостаток: частое забивание насадки.

Барботажные и пенные пылеуловители

Принцип действия барботажных аппаратов заключается в том, что газы очищаются с помощью осаждения частиц пыли на пузырьках жидкости. Конструктором Б. М. Позиным был разработан метод очистки с использованием пены. Последняя модификация пенного пылеуловителя предусматривает установку в цилиндрическом корпусе аппарата провальной тарелки, через отверстия которой осуществляется подвод газа для контакта с пеной, а затем и вывод его из рабочей зоны через те же отверстия.

Достоинство пенного аппарата заключается в том, что промывание отверстий провальной тарелки жидкостью в процессе его работы препятствует загрязнению отверстий тарелки, таким образом продлевая срок службы аппарата.

Дезинтеграторы – принцип действия основан на очищении пыли с помощью жидкости, распыляющейся лопатками ротора и поступающей со скоростью 90 м/с потоком газа.

Достоинство: высокая эффективность при улавливании частиц размером более 1 мкм, возможность регулирования коэффициента эффективности работы увеличением количества лопастей ротора или статора устройства.

Недостаток: сложность конструкции.

Скоростные газопромыватели (скруберры Вентури) представляют собой отрезок трубы Вентури с подведенной в нее распыляемой жидкостью и укрепленным за ней каплеуловителем. Частицы газового потока, поступающие в аппарат с высокой скоростью, распыляют орошающую его жидкость, а затем улавливаются ею. Имеют широкие предпосылки использования в связи с повышением требований к очистке газовых выбросов промышленных предприятий.

Достоинство: данные аппараты отличаются высокой эффективностью очистки.

Недостаток: быстрое загрязнение форсунок аппарата при использовании для орошения недостаточно осветленной воды.

Радиатор

Название «радиатор» происходит от латинского слова radio, что означает «излучаю».

1. Устройство двигателя внутреннего сгорания, отводящее тепло от циркулирующей в охладительной системе двигателя жидкости. Принципиальная конструкция радиатора включает охлаждающую часть – сердцевину и коробки (бачки) верхнюю и нижнюю с патрубками. Сердцевина бывает трубчато-пластинчатой и трубчато-ленточной.

Трубчато-пластинчатая сердцевина состоит из нескольких овальных трубок латуни, которые расположены в шахматном порядке, с припаянными к ним ребрами охлаждения. Трубчато-ленточная сердцевина состоит из одного ряда плоских трубок, к которым припаяны пластины. Заливная горловина с герметичной пробкой, с впускным и выпускным клапанами располагается в верхней коробке; кран, через который сливается жидкость, находится в нижней коробке.

2. Отопительный прибор, используемый в отопительных системах жилых, производственных и общественных зданий.

Состоит из отдельных секций или блоков, имеющих каналы, по которым циркулирует теплоноситель.

Используются чугунные секционные и стальные радиаторы с кожухом или без него в качестве отопительных приборов центрального отопления.

Выпускаются по 3—12 секций в группе в комплекте с двумя глухими пробками и двумя пробками с отверстиями с правой или левой трубной резьбой. Пробки с левой резьбой промаркированы буквой «Л».

На современном рынке отопительных приборов можно увидеть большое количество различных видов радиаторов: алюминиевых, биметаллических, чугунных, стальных. Различаются они внешним видом и стоимостью, а важнейшими их характеристиками считаются техническая и эксплутационная.

Стальные радиаторы обладают хорошей теплоотдачей и низкой тепловой инерцией. Подобные радиаторы применяются в закрытых отопительных системах. В энергосберегающих и автоматических системах центрального отопления применяются стальные панельные радиаторы. Подобные радиаторы изготавливают из двух стальных пластин, соединенных сваркой. Толщина стальных пластин равна 1,25 мм. Чем больше площадь пластин, тем быстрее увеличивается теплоизлучение радиаторов. Строгий и в то же время нарядный вид радиаторам придает кожух, которым его закрывают. Такие радиаторы недороги, хотя отдают на 20—25% тепла больше, чем другие виды радиаторов. Вместе с радиатором поставляется монтажный комплект, а также комплекты, с помощью которых радиаторы могут устанавливаться в напольном исполнении.

Радиаторы из алюминия устанавливаются в жилых, общественных и промышленных зданиях с системами водяного отопления. Внешняя конструкция современных радиаторов позволяет устанавливать их даже в таких помещениях, которые имеют высокие требования по комфортности и безопасности. Материал, из которого изготавливают алюминиевые радиаторы, обладает высокой теплопроводностью и предъявляет определенные требования к химическому составу носителя тепла. В секционных алюминиевых радиаторах длину можно регулировать, прибавляя или уменьшая количество секций. Вертикальный канал соединяет нижний и верхний коллекторы радиатора. Изготавливают алюминиевые радиаторы методом литья, за счет чего можно делать приборы даже с очень сложной конструкцией.

Биметаллические радиаторы составляют алюминиевый корпус и стальная труба. По трубе радиатора движется теплоноситель. Благодаря стальным трубам биметаллический радиатор выдерживает высокое давление, а за счет алюминиевых секций тепло отдается радиатором достаточно легко. Биметаллические секционные радиаторы кроме высокого уровня теплоотдачи обладают прочностью и долговечностью. Подобные радиаторы изготавливают из алюминия и стали.

Самым популярным типом радиаторов считается стальной радиатор. Его внешний вид красив, и, кроме этого, он оптимален по цене.

Чугунный радиатор также обладает хорошей теплопроводностью. Подобный радиатор за счет того, что он нейтрален ко всем теплоносителям, может быть использован в системах отопления с повышенной агрессивностью, загрязненностью и т. д. теплоносителей.

В последнее время стали появляться дизайн-радиаторы. В распространенной сейчас культуре интерьера радиатор, как и другие предметы обстановки, должен соответствовать своему назначению, должен быть удобен для пользования и соответствовать вкусам и ожиданиям потребителей. Отопительный прибор находится на виду, ибо если маскировать его и прятать, то мощность отопления снижается. Новые оригинальные решения дизайна радиаторов, кроме всего прочего, подчеркивают индивидуальность домохозяина. Если в помещении нет возможности установить обычный радиатор, в пол встраивают конвектор.

Раздел 17. Бытовая и другие виды техники

Адаптер (звукосниматель)

Адаптер – это устаревшее название прибора-звукоснимателя, который воспроизводит запись звука, преобразуя механические колебания в электрические. Конструкция звукоснимателя включает две основные части – тонер и головку. Тонер – это стержень с укрепленной на конце головкой, он обеспечивает правильное положение иглы в бороздке. Головка – это электромеханический преобразователь, с помощью которого и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Принцип действия основан на движении иглы в канавке граммофонной пластинки, вследствие чего возникает механическое колебание иглы, и оно преобразуется в электрическое колебание. Головки различаются по типам и бывают электромагнитными и пьезоэлектрическими. Звукосниматели воспроизводят моно– и стереофонические звукозаписи на граммофонных пластинках и являются частью устройств радиол. Первые такие устройства появились в конце XIX – начале ХХ в., когда во многих странах начало развиваться производство звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств.

Акваланг

Акваланг – устройство для обеспечения дыхания человека, находящегося под водой. Конструкция этого автономного дыхательного устройства состоит из двух баллонов со сжатым воздухом, дыхательного аппарата, ремней крепления.

Акваланг.

Принцип работы основан на автоматически подающемся воздухе из баллонов, где он находится в сжатом виде. Акваланг был создан в 1943 г. во Франции учеными Ж. И. Кусто и Э. Ганьяном. Это устройство позволяет человеку находиться под водой на глубине до 40 м несколько минут и даже до 1 ч. Акваланг имеет очень широкое использование в спасательных работах, научно-исследовательских работах, проходящих под водой, а также в подводном спорте. Для более длительного пребывания человека под водой и опускания его на большую глубину используют специальное водолазное снаряжение. Это снаряжение различается по способам снабжения человека газовой смесью и бывает автономным и неавтономным. Схема дыхания бывает вентилируемой, открытой, полузамкнутой и замкнутой. Состав дыхательных газовых смесей также бывает различным и состоит из воздуха или кислорода, или смеси азота и кислорода, или гелия и кислорода. Кроме баллонов с газовой дыхательной смесью, водолазное снаряжение имеет специальную водонепроницаемую оболочку, которая называется водолазным скафандром и надежно защищает человека от внешней среды. Такое снаряжение во многих странах появилось в 1930—1940-х гг., хотя попытки погружения человека на глубину даже 30 м практиковались уже с древних времен. Но под водой человек без всякого оборудования мог продержаться не более 2 мин, и даже использование дыхательной тростниковой трубки не могло увеличить время пребывания человека под водой. И только в конце XVIII в. были изобретены воздушный насос и водолазное снаряжение – скафандр. В России водолазное дело появилось уже в 1882 г. Современное водолазное снаряжение различается по конструкции, которая зависит от назначения. Способ подачи воздуха также различается. При неавтономном способе водолаз дышит воздухом, который подается с поверхности по шлангу. Но это ограничивает глубину погружения до 60 м и маневренность водолаза. Поэтому автономный способ более эффективен. Глубина погружения также влияет на состав газовой смеси: воздушно-кислородная смесь позволяет человеку опуститься на глубину до 100 м, гелиокислородная смесь обеспечивает погружение более чем на 100 м. Поэтому такое водолазное снаряжение используется для спасательных работ и при строительстве или ремонте под водой и практикуется во многих зарубежных странах, особенно в США, Великобритании, Германии, Франции. Дальнейшее усовершенствование такого снаряжения направлено на улучшение условий пребывания человека под водой и эффективности его работы. Разрабатываются новые методы и создаются новые искусственные газовые смеси.

Балансир

Балансир – устройство, передающее усилие в машине, совершающее качательное движение оси. Представляет собой двуплечий рычаг и используется в металлорежущих станках, буровых установках, судовых машинах, на железной дороге, где он применяется для уравновешивания усилий, передаваемых на рессоры локомотива и вагона.

Балансировочный станок

Балансировочный станок – машина для балансировки-уравновешивания вращающихся частей роторов, турбин, валов, шкивов, устанавливающая место и степень статической и динамической неуравновешенности вращающихся частей машин. Конструкция балансировочного станка включает опоры, в которых находятся балансируемые устройства, привод вращения и приборы для измерения показателей. Балансировочные станки различаются по виду опор. Опоры бывают податливые и жесткие. Принцип действия станка с податливыми опорами основан на совершении им колебаний под действием неуравновешенного изделия, эти фазы колебаний и есть информация об этой неуравновешенности. Принцип действия станка с жесткими опорами основан на их препятствии колебанию изделия и вследствие этого – испытыванию давления изделия на опоры. Давление и фаза и есть информация о неуравновешенности. Опоры станка имеют датчики, которые преобразуют колебание опор или испытываемое ими давление со стороны изделия в электрические сигналы датчиков, поступающие в измерительные приборы. Измерительное устройство зависит от назначения балансировочного станка. Балансировочные станки бывают для статической и динамической балансировки. Статическая балансировка используется при параллельном смещении оси инерции относительно оси вращения у изделия с неуравновешенной массой. Динамическая балансировка используется при угловом смещении оси инерции относительно оси вращения у различных изделий. Такой способ балансировки более надежный, чем статический.

Балансировочные станки бывают с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Исправление выявленной неуравновешенности изделия состоит в съеме материала или установке дополнительного груза. Современные балансировочные станки оснащены автоматическими устройствами для установления места и размера неуравновешенности и для вторичного контроля при балансировке сложных изделий и деталей.

Батискаф

Батискаф – самоходное подводное судно, аппарат для плавания на больших глубинах, используется в научноисследовательских целях.

Первый батискаф изобрел и построил в 1948 г. О. Пиккар. В 1953 г. было совершено погружение на глубину 3160 м, а в 1954 г. – на 4050 м. Батискаф представляет собой конструкцию, которая включает легкий корпус-поплавок, заполненный наполнителем-бензином. Он более легкий, чем вода. В корпусе-поплавке размещены балласт в цистернах, шар-гондола из стали, в ней находится экипаж судна, системы и приборы управления, регенерации воздуха, телевизионная камера и другие научно-исследовательские приборы. Двигатели батискафа электрические, работают от аккумуляторных батарей, расположенных в корпусе. Двигатели и гребные винты расположены снаружи на корпусе. Также светильники, освещающие подводное пространство, по которому продвигается батискаф, находятся снаружи на корпусе. Плавучесть батискафа регулируется сбрасыванием балласта (твердого или жидкого). Современные батискафы имеют специальную фотоаппаратуру, ведущую съемку на большой глубине, устройства, способные брать пробы грунта дна, и роботы-манипуляторы, осуществляющие подводные работы, которыми управляют дистанционно из гондолы. Современные батискафы способны погружаться на глубину до 10 000 м и позволяют проводить научные исследования на предельных глубинах.

Батометр

Батометр – прибор, предназначенный для подводных исследований. Батометр берет пробу воды на глубине для изучения ее химического состава, физических свойств и содержания в воде неорганических или органических примесей. Батометры различаются по принципу действия и конструкции и бывают мгновенного или длительного наполнения. Конструкция батометра мгновенного действия – это полый цилиндр из металла. На торцах цилиндра находятся захлопывающиеся крышки и опрокидывающиеся термометры. Способ забора пробы воды осуществляется опусканием цилиндра на тросе в воду вертикально, крышки при этом открыты. Когда устройство оказывается на требуемой глубине, то по тросу опускается груз, который приводит в действие механизм, захлопывающий крышки батометра. Термометры фиксируют температуру на этой глубине, и батометр переворачивается и поднимается на поверхность или на судно. Конструкция батометра длительного наполнения – это емкость, погруженная на глубину исследований. Вода попадает в емкость со скоростью своего естественного течения в этом месте и постепенно заполняет емкость батометра. По месту ведения исследований батометры бывают морские и речные. Их отличие состоит в том, что морские опускаются в воду в вертикальном положении, речные батометры опускаются в горизонтальном положении, что способствует свободному продвижению воды через емкость батометра. Также батометры других модификаций используются для изучения количества скоплений льда, движущихся под водой.

Безмен

Безмен – рычажные весы, устройство представляет собой стержень из металла. На одном конце стержня находится постоянный груз, на другом – крючок или чашка, в которую помещается при взвешивании предмет. Вдоль стержня передвигается обойма или проволочная петля, их перемещение и уравновешивает это весовое устройство. Так устроен безмен, называемый русским. Существует также римский безмен. Его конструкция отличается от русского тем, что подвижной в его устройстве является гиря, но точки опоры и привеса остаются неподвижны. На его стержень нанесена шкала, и по ней ведут отсчет. Модификацией безмена также можно считать пружинные ручные весы. Безмен – очень примитивное устройство, не дающее точности измерений, и в наше время практически не применяется.

Брандспойт (ствол пожарный)

Брандспойт – это устаревшее название пожарного ствола – приспособления, предназначенного для образования направленной струи огнетушащих веществ, которыми могут быть вода, пена, порошок. Конструкция этого приспособления – труба, имеющая на конце насадку, тип которой определяет вид струй. С помощью ствола можно создать сплошную или распыленную струю или, не отключая питания, перекрыть поток. Раствор пенообразователя находится в кожухе, и капли раствора смешиваются с воздухом и распыляются насадком. Стволы различаются на ручные, производительностью до 13 кг/с, и лафетные, производительностью 200 кг/с. Ручные стволы – это оборудование пожарных автомобилей, мотопомп, пожарных кранов. Лафетные стволы закрепляются на автомобиле или пожарном судне и бывают стационарными, переносимыми или перевозимыми. Все стволы имеют специальные быстро смыкаемые головки, при помощи которых их можно быстро подсоединить к рукавной линии.

Ствол-огнетушитель – это приспособление в пожарной технике.

Брегет

Брегет – карманные часы большой точности, показывали числа месяца и отбивали часы и доли часов. Созданы в конце XVIII в. во Франции мастером А. Л. Бреге и производились в его мастерской. Были широко распространены во многих странах Европы в конце XVIII – начале ХХ в.

Вентилятор

Вентилятор – машина, предназначенная для подачи воздуха. Конструкция любого вентилятора, как правило, состоит из кожуха с входным и выпускающим отверстиями, лопаточного колеса, электрического двигателя, который приводит в движение машину через ременную передачу или при помощи муфты. Некоторые промышленные вентиляторы оснащены также регулировочными устройствами и виброизоляцией. Вентиляторы используются для вентиляции промышленных и жилых зданий и шахт. Также они подают воздух в котельные и печи, удаляя из них дымовые газы. В промышленности применяются для сушки и охлаждения материалов и машин, пневматического транспортирования сыпучих грузов, охлаждения конденсаторов и радиаторов. Для вентиляции жилых комнат и помещений на производстве используются небольшие настольные или подвесные вентиляторы. Вентиляторы различаются по типам и бывают центробежными, осевыми, диаметральными и др.

Центробежный вентилятор представляет собой спиральный кожух, в котором находится лопаточное колесо. Двигатель его электрический, приводит в движение лопаточное колесо. Оно вращается, и воздух поступает через входное отверстие в кожухе, направляется в каналы между лопатками колеса и поступает в спиральный кожух под действием центробежных сил, далее движется в выпускное отверстие на кожухе.

Осевой вентилятор представляет собой цилиндрический кожух, в котором находится лопаточное колесо. Электрический двигатель приводит колесо в движение. При вращении колеса входящий воздух движется в осевом направлении.

Диаметральный вентилятор представляет собой кожух, в котором только частично размещается центробежное колесо с загнутыми лопатками. Электрический двигатель приводит это колесо в движение. Колесо вращается и создает несимметричное вихревое поле, которое создает движение воздуха в диаметральном направлении. Через решетку лопаток вращающегося колеса поток воздуха проходит дважды.

Осевые вентиляторы более производительны, чем центробежные, имеют более простое устройство и способны изменять направление движения воздуха при изменении вращения лопаточного колеса. Диаметральные вентиляторы имеют еще большую производительность, чем осевые и центробежные. Вентиляторы выполняют разные функции и имеют поэтому различное устройство. Дымососы перемещают дымовые газы. Пылевые вентиляторы очищают воздух от находящихся в нем механических примесей. Крышные вентиляторы встраиваются в кровлю и обеспечивают вентиляцию зданий. Существуют также вентиляторы кислотостойкие и взрывобезопасные. Вентиляторы классифицируются по таким характеристикам, как быстроходность, обеспечиваемое давление, форма и число лопаток колеса, производительность, угловая скорость, назначение. Чтобы увеличить производительность, несколько вентиляторов соединяют параллельно и последовательно. Дальнейшее усовершенствование конструкции вентиляторов направлено на улучшение их аэродинамической схемы, увеличение экономичности, эффективности и производительности.

Вязальная машина

Вязальная машина – машина, предназначенная для получения трикотажного изделия. Принцип ее действия основан на переплетении петель, полученных изгибанием непрерывной нити. Этот процесс называется трикотажным переплетением, определяющим свойства и внешний вид готового вязаного изделия. Трикотажное переплетение различается по виду и взаимному расположению петель и по способу вязания: поперечно-вязальному или основовязальному. Поперечно-вязальный способ вязания состоит в последовательном изгибании одной непрерывной нити в петли горизонтального ряда. Основовязальный способ вязания состоит в изгибании нескольких нитей основы в петли, последовательно переходящие из одного петельного ряда в следующий ряд. Трикотажное переплетение различается по видам: главные, производные, комбинированные, сложные.

Главные переплетения получаются из простого сочетания петель. Они называются: гладь, ластик, цепочка, трико.

Производные переплетения получаются из сочетания разных видов простых переплетений.

Комбинированные переплетения получаются из сочетания различных рядов петель.

Сложное переплетение получается выполнением различных дополнительных перенесений и расположений петель и их рядов.

Трикотажное переплетение может быть одинарным и двойным. Одинарное переплетение вырабатывает трикотажное полотно с лицевыми петлями с одной стороны. Двойное переплетение вырабатывает трикотажное полотно с лицевыми петлями с двух сторон.

Вязальные машины различаются по числу игольниц. Одинарные машины имеют одну игольницу, двойные машины имеют две игольницы.

Иглы имеют различную конструкцию: крючковую, язычковую, пазовую. Форма игольниц может быть плоской или круглой. Вязальные машины могут иметь одну или несколько петлеобразующих систем. Также вязальные машины различаются по назначению, что зависит от сортности вырабатываемых изделий, и по различным типам вязания: гладкое и рисунчатое. Первые вязальные машины появились в XIX в., с развитием трикотажного производства. Но высокопроизводительные и многопрофильные вязальные машины были созданы в середине ХХ в. Производительность вязальной машины может составлять 2 млн петель в минуту. Современные вязальные машины оборудованы автоматической системой управления, что увеличивает качество выпускаемой продукции и ее ассортимент – от круглых изделий до трикотажного полотна или изделий из него, с использованием различных нитей для вязания: шерстяных, хлопчатобумажных, синтетических и составных. Вязальные машины различаются и по габаритам, для больших трикотажных объединений и мелких или личных производств.

Газоанализатор

Газоанализатор – прибор, предназначенный для газового анализа – определения состава газовой смеси. Газоанализаторы бывают ручными и автоматическими. Способ осуществления анализа газовой смеси основан на последовательном поглощении компонентов газовой смеси разными реагентами. Способ анализа автоматических газоанализаторов состоит в непрерывном исследовании смеси газов. И по принципу своего действия автоматические газоанализаторы различаются на использующие физические методы, дополненные химическими реакциями; использующие физические методы, дополненные физическими процессами, и использующие только физические методы анализа.

Газоанализаторы, использующие дополнительные химические реакции, называются химическими газоанализаторами, способ их работы основан на изменении объема газовой смеси во время химических реакций ее составляющих, по которым можно определить количество их присутствия в смеси.

Газоанализаторы, использующие дополнительные физические процессы, имеют названия этих процессов. Термохимические газоанализаторы измеряют тепловой эффект реакции каталитического окисления газа и тем самым определяют концентрацию горючих газов в воздухе. Электрохимические газоанализаторы измеряют электрическую проводимость раствора, в котором растворился газ, и по ее величине определяют наличие и концентрацию в смеси газа. Фотоколориметрические газоанализаторы используют свойство некоторых определенных веществ изменять свой цвет в результате реакции с компонентами газовой смеси и по этому изменению цвета определяют концентрации нежелательных примесей в газовой смеси даже при их малых количествах. Хроматографические газоанализаторы используют эффект распределения или разделения составляющих компонентов газовой смеси между подвижной и неподвижной фазами и регистрируют временную концентрацию веществ специальными детектирующими устройствами.

Газоанализаторы, использующие только физические методы, также имеют названия этих физических процессов.

Термокондукметрические газоанализаторы измеряют теплопроводность газов и по изменению концентрации только одного составляющего газовой смеси исследуют многокомпонентные смеси. Денсиметрические газоанализаторы измеряют плотность газовой смеси и определяют наличие в ней примесей (как правило, углекислого газа). Магнитные газоанализаторы определяют в основном концентрацию кислорода в газовой смеси. Оптические газоанализаторы используют свойство компонентов газовой смеси поглощать или испускать спектр и измеряют оптическую плотность спектров испускания или поглощения. Ультрафиолетовые газоанализаторы измеряют количество содержащихся галогенов, органических соединений в исследуемой газовой смеси.

Физические методы анализа более эффективны, чем химические. Анализ газовых смесей используется в различных отраслях промышленности (нефтяной и газовой, химической, металлургической для определения состава газов и контроля производственных процессов).

Гидрант

Гидрант пожарный – устройство, снабжающее водой пожарные приспособления и отбирающее ее из наружных водопроводных сетей. Гидрант представляет собой стационарное подземное или наземное сооружение. Наземный пожарный гидрант – это колонка, подобная обычной водоразборной колонке. Но только колонка-гидрант используется для отбора воды по пожарной необходимости. Подземный пожарный гидрант находится в колодце с закрытой крышкой. Чтобы получить из него воду, на его подземную часть навинчивают пожарную колонку с двумя напорными патрубками, к которым подсоединяются рукава.

Колодец для пожарного гидранта, как правило, сделан из железобетонных колец или кирпича и покрыт съемным люком из металла. Место его устройства при строительстве согласуется с организацией пожарной охраны. Его эффективность в случае необходимости зависит от бесперебойной и надежной работы всей водопроводной сети.

Такие пожарные сооружения появились параллельно со строительством водопроводов в середине XIX в. В современных городах многих стран пожарный гидрант – это необходимое оборудование городской водопроводной сети.

Гидроциклон

Гидроциклон – устройство, предназначенное для сортировки минералов в горно-обогатительной промышленности. Принцип его работы основан на разделении при вращении различных по массе зерен минералов в водной среде. Устройство различается по назначению и конструкции. Гидроциклоны бывают классификаторами, сепараторами и сгустителями. Классификаторы разделяют зерна по их размерам. Сепараторы обогащают полезное ископаемое минеральной смесью. Сгустители отделяют от зерен минералов часть воды. Конструкция сепаратора состоит из кожуха конической формы, переходящего в цилиндрическую часть, к которой присоединен патрубок, питающий устройство минеральной смесью. Также в этой цилиндрической части расположено сливное отверстие. В конической части кожуха находится насадка для отвода продукта разделения. Вращение минеральной смеси осуществляется особым устройством питающего патрубка. Минеральная смесь входит в устройство по касательной и начинает в нем вращение, создающее в смеси внешние и внутренние потоки. Возникающая при этом центробежная сила действует на твердые частицы растворенных в смеси зерен минералов, и они отбрасываются к стенкам кожуха. Зерна с большой массой отбрасываются дальше и попадают во внешний поток, движутся с этим потоком к вершинной части конического кожуха и отводятся через насадку. Зерна, у которых масса поменьше, при вращении попадают во внутренний поток и отводятся через сливное отверстие. Первое такое зерноразделяющее устройство было использовано в 1939 г. в Голландии на одной из фабрик по обогащению угля. В 1940—1950-х гг. такие устройства широко распространились в различных отраслях производства многих стран и в России – с 1956 г.

Это устройство, имеющее оригинально-простую конструкцию, оказалось очень востребованным многими отраслями промышленности. Дальнейшее совершенствование этого способа направлено на использование автоматического регулирования его работы и одновременное использование нескольких подобных устройств.

Граммофон

Граммофон – устройство, воспроизводящее механическим способом звук, записанный на граммофонной пластинке. Принцип работы основан на механических колебаниях граммофонной иглы, которая движется по спиральной канавке при вращении граммофонной пластинки. Эти механические колебания передаются мембране, воспроизводящей звуковые колебания. Звучание усиливает рупор – большая граммофонная труба. Граммофонная игла представляет собой цилиндр с коническим кончиком. Граммофонная игла фиксируется винтом к мембранам граммофона. Граммофонные иглы изготавливаются из особо прочных материалов – алмаза или корунда, такие иглы – постоянные, они жестко расположены в иглодержателе. Иглы сменные изготовлены из стали. Граммофонная пластинка – носитель звукозаписи. Она представляет собой диск, на котором расположены по спирали канавки, в которых записан звук. Звук воспроизводится при движении граммофонной иглы по канавке. Граммофонная пластинка изготовлена из синтетических материалов – каучука, эбонита, целлулоида, шеллачных смол. Запись звука на грампластинку переносится с металлической матрицы, сделанной гальваническим способом. Первый граммофон появился в 1888 г. в США, его изобрел инженер Э. Берлинер. Для него он использовал цинковый диск, покрытый воском, на котором был записан звук, который и воспроизводил этот граммофон. Для тиражирования звуковых записей с цинкового диска изготавливали копию – матрицу из металла, и уже с нее можно было штамповать грампластинки из каучука, целлулоида и других материалов. Это изобретение позволило сделать выпуск граммофонных пластинок массовым производством. Это создало потребность сделать массовым и изготовление звуковоспроизводящих устройств – граммофонов. Первая фабрика, производящая граммофоны, появилась в конце XIX в. в США в Камдене. Со временем она стала концерном PCA Victor. В XX в. фабрики по производству граммофонов и грампластинок появляются в разных странах: в США (Columbia), в Великобритании (His Masters Voice), во Франции (Pathe). Первые граммофонные пластинки были односторонние, и запись была еще несовершенной. С 1903 г. стали появляться двухсторонние грампластинки, сначала в США, потом и в других странах, и качество записи на них совершенствовалось, изменилась скорость вращения диска. В России в 1901 г. появилась также первая фабрика, производящая грампластинки. Для своего времени граммофон был очень значительным изобретением, так как процесс звукозаписи и звуковоспроизводства позволял сохранить многие выдающиеся музыкальные исполнения. И в конце XIX – начале XX в. граммофон был очень распространенным и популярным устройством во многих странах. Он сумел удержать свою популярность даже до 1940-х гг. Но с развитием звукозаписывающей техники и технологии на место граммофона пришли более совершенные электропроигрыватели.

Громкоговоритель

Устройство для усиления громкости воспроизведения звука – музыки, речи. Как правило, механическое или же электроакустическое. Принцип действия громкоговорителя основан на преобразовании электрического тока или звуковых частот в звуковые колебания окружающего воздуха при использовании механической системы. Для направленности звука используется рупор или несколько громкоговорителей в кожухе (звуковая колонка). По своему устройству громкоговорители бывают рупорные, электродинамические, электромагнитные, пьезоэлектрические.

Громкоговорители применяются в системах звукоусиления, в радиоприемниках, в больших помещениях, на открытых пространствах. Характеристики любого громкоговорителя – это номинальная мощность и полоса воспроизводимых частот. Электродинамические громкоговорители имеют номинальную мощность в диапазоне 0,1—100 Вт, наибольшую полосу воспроизводимых частот 500—12 000 Гц. Рупорные громкоговорители имеют номинальную мощность до 100 Вт. Для эффективности работы громкоговорителей применяют или звуковые колонки, состоящие из нескольких одинаковых громкоговорителей, или агрегаты из различных громкоговорителей (рупорных и электродинамических). Первые громкоговорители появились с распространением радиовещания в начале ХХ в. В России в Москве в 1920-е гг. была создана радиовещательная сеть, насчитывающая несколько десятков трансляционных радиоузлов, осуществляющих трансляции радиопередач на специально устроенные радиоточки с громкоговорителя. Распространение массовых спортивных и культурных мероприятий также способствовало расширению сферы применения громкоговорителей.

Дефлектор

Дефлектор – устройство, обеспечивающее чистоту воздуха в помещении. Основан на вытяжке воздуха из помещения. Но, например, на судах дефлектор, наоборот, подает воздух в помещение с помощью насоса. Принципиальная конструкция круглого дефлектора включает патрубок, присоединенный к концу наружной части трубы, сам корпус устройства, диффузор, зонтколпак и лапки, с помощью которых зонт-колпак крепится к патрубку. Дефлекторы делаются из листовой стали, бетона, асбоцемента. В своей работе дефлектор использует энергию потока воздуха, дующего вокруг. Для этого дефлектор необходимо при установке расположить так, чтобы он обдувался воздухом, но его устье было защищено от осадков.

Диктофон

Диктофон – устройство для звукового записывания устной речи. Основные рабочие элементы диктофона – магнитные головки, усилитель записи и воспроизведение звука, механизм движения магнитной ленты, блок электрического питания. Конструкция диктофона представляет собой корпус с клавиатурой и гнездами для подключения вспомогательных устройств. Клавиши: записи, воспроизведения, прямой и обратной перемотки. Гнезда: для подключения выносного громкоговорителя, телефона, устройства дистанционного управления. Также имеются переключатель тембра и указатель места записи. Для звукозаписи на диктофоне применяется магнитная лента, но у диктофона полоса пропускания частот уже, чем у магнитофона, поэтому в диктофоне скорости движения носителя низкие, что дает возможность осуществлять непрерывную запись на одной дорожке длительностью до 1,5 ч. Диктофон оборудован микрофоном и звукоснимателем, крепящимся к стенке телефона, с них и осуществляется запись. Также диктофон позволяет записывать информацию с трансляционной линии диктофонной станции. Осуществить прослушивание записи можно при помощи телефона или громкоговорителя. Если необходимо прослушать запись вторично, то диктофон имеет для этого ускоренный возврат носителя. Также есть возможность ускоренной перемотки в обоих направлениях. Если надо стереть запись, то это можно сделать во время новой записи, т. е. во время нового записывания предыдущая информация стирается. Специальные клавиши управляют этими движениями носителя. Такие диктофоны имеют широкое применение, с их помощью записывают лекции и выступления, телефонные и диспетчерские переговоры.

Управление записью информации на диктофонах дистанционного управления осуществляет специальное распределительное устройство – диктофонная станция, на которую поступают кассеты с магнитной лентой с записанным на них текстом. Этот текст прослушивается, и с него воспроизводится машинописный текст. На запись с микрофонов можно подключать поочередно несколько диктофонов.

Звуковая колонка

Звуковая колонка – устройство, состоящее из нескольких электродинамических громкоговорителей. Представляет собой кожух на треноге. В кожухе находятся включенные однотипные громкоговорители, они крепятся на пластине. Пластина и кожух – это акустический экран, звуковая колонка имеет общий согласующий трансформатор и проводящие провода, через которые громкоговорители подключаются к усилителю мощности электрических колебаний звуковых частот. Звуковые колонки могут иметь от 2 до 8 громкоговорителей и различную мощность (2—100 Вт). Такие звуковые колонки применяют для озвучивания больших закрытых помещений или открытых площадок: стадионов, площадей, концертных залов. Этому способствует их диаграмма направленности излучения, которая в вертикальной плоскости острее, чем в горизонтальной, что связано с конструкцией колонки, а высота намного больше ее ширины. Иногда используют несколько звуковых колонок, синфазно включенных, которые размещают по вертикали одну над другой, в случае если в вертикальной плоскости недостаточна направленность излучения.

Инфракрасная техника

Инфракрасная техника – технические средства, устройства, приборы, действующие на инфракрасном излучении. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение в спектре между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. Инфракрасное излучение открыл В. Гершель в 1800 г., проводя опыты с призмой. В инфракрасной области спектра оптические свойства веществ отличаются от оптических свойств в ультрафиолетовой области спектра. Источники инфракрасного излучения – это прежде всего Солнце (50% в инфракрасной области), лампы накаливания с вольфрамовой нитью (80% в инфракрасной области), угольная электрическая дуга, газоразрядные лампы, специальные ленточные вольфрамовые лампы, квантовые генераторы – лазеры. Инфракрасное излучение используется в самых различных областях науки и промышленности, в военном деле и в исследовании космоса. Также различна конструкция технических средств и приборов, использующих инфракрасное излучение. Приемники излучения его определяют, электронно-оптические преобразователи позволяют вести наблюдения. Инфракрасные фотосъемки – это способ фотографирования в темноте. Инфракрасные прицелы, приборы ночного видения обеспечивают ведение военных действий в ночное время.

Инфракрасные дальномеры, теплопеленгаторы определяют цели в море, на земле и в воздухе по их тепловому излучению. Существуют инфракрасные приборы, наводящие снаряды и ракеты на цель, и сигнальные приборы, инфракрасные квантовые генераторы и приборы инфракрасной спектроскопии, инфракрасная фотография. Для фотографирования в инфракрасном излучении используют пленки и фотопластинки, чувствительные к инфракрасному излучению, но если освещенность недостаточна, то вместе с фотоаппаратом используют электронно-оптические преобразователи.

Электронно-оптический преобразователь – вакуумный прибор. Преобразует невидимое глазу изображение в видимое. Принцип действия прибора основан на применении фотокатода, преобразующего оптическое изображение в электронное и дальше в световое – видимое. Электронно-оптические преобразователи бывают однокамерные и многокамерные – каскадные, которые последовательно соединены из двух или нескольких однокамерных преобразователей. В таком приборе световой поток направляется с экрана одного прибора на фотокатод другого. Характеристики преобразователей обоих типов – это интегральная чувствительность, на величину которой влияет материал фотокатода (может составлять 70—1000 мкА/лм), разрешающая способность – число видимых штрихов изображения, коэффициент преобразования – отношение потоков от экрана прибора и от объекта. Электронно-оптические преобразователи появились в середине ХХ в. Использование современных электронно-оптических преобразователей очень широко: это инфракрасная спектроскопия, кинотехника, ядерная физика, космические исследования.

Инфракрасная спектроскопия получает и изучает спектры поглощения, испускания и отражения в инфракрасной области. Приборы спектрометры применяются в изучении полимеров, полупроводников, химических реакций, в минералогии и в производстве квантовых генераторов.

Пирометры – это приборы, измеряющие температуру тел на основе их излучения в спектре. Пирометры бывают радиационными, цветовыми и яркостными. Самые точные – яркостные пирометры. Точность и чувствительность цветовых пирометров ниже, чем у яркостных. Радиационные пирометры обладают наибольшей чувствительностью, но они самые неточные. Пирометры используются в производстве для управления температурными режимами технологических процессов. Приемники излучения – приборы, преобразующие электромагнитные сигналы в сигналы другой природы, используются как основные в системах управления, в научных исследованиях, астрономии, квантовой электронике. Приемники различаются по типам в зависимости от использованных в них излучающих веществ. Таким веществом могут быть газ, твердое вещество, кристаллы. Также они бывают оптико-акустические, тепловые, пироэлектрические, фотоэлектрические. Существуют приемники излучения одноэлементные и многоэлементные.

Характеристики приемника излучения – это постоянная времени, величина самого минимального сигнала, который может фиксировать данный приемник, чувствительность, коэффициент преобразования.

Климатизер

Климатизер – устройство, очищающее, увлажняющее и охлаждающее поступаемый в комнату воздух (комнатный кондиционер). Устройство климатизера состоит из корпуса, в котором находятся приспособления и приборы, обеспечивающие работу по обработке воздуха: насос, вентилятор, емкость для воды, приборы, указывающие уровень в емкости и также отключающие устройство, если вода закончилась, фильтры, сигнальные лампы. Такие устройства, делающие воздух в помещении влажным, предназначены, как правило, для районов с жарким климатом. Принцип действия климатизера основан на прохождении поступающего в него воздуха через его среды и сообщение этому воздуху заданных параметров. Питание климатизера – электрическое, управление – автоматическое. В корпусе климатизера находятся фильтры, представляющие собой слои древесной стружки или пористой пластмассы. Вода увлажняет эти фильтры. Вентилятор засасывает воздух, и он, проходя через фильтры, увлажняется и очищается от пыли. Вода испаряется и охлаждает воздух.

Постоянное, равномерное увлажнение фильтров выполняет специальное устройство – распределитель, в который вода поступает при помощи насоса. Когда воздух пройдет все этапы своей обработки, он направляется в комнату через специальную решетку, имеющую движущиеся поворотные лопасти, чтобы менять направление движения воздушного потока. Производительность климатизера составляет 350—500 м3 воздуха в час. Такие устройства устанавливаются как в служебных, так и в жилых помещениях.

Криостат

Криостат – устройство, осуществляющее свои рабочие процессы при криогенной температуре (ниже 120 К), используя внешний источник холода. Хладагент – сжиженный газ с низкими температурами замерзания и конденсации (как правило, это гелий, азот, водород). Принципиальная конструкция криостата включает корпус (сосуд), емкость с гелием, охлаждаемый узел. Такие криостаты обычно используются в научных исследованиях. В криостат помещают исследуемый объект и регулируют хладагентом его температуру.

Криостаты различаются по используемому хладагенту, по материалу, из которых они сделаны, по назначению. В качестве хладагента используются гелий, азот, водород. Материал, из которого изготовлен корпус криостата, – это металл, стекло, пластмасса. Используются криостаты, как правило, для научно-исследовательских целей в оптике, радиотехнике, в сверхпроводящих магнитах, в приемниках излучения.

Появление таких устройств, как криостат, могло произойти совместно с развитием самой науки – криогенной электроники, что произошло в середине ХХ в., когда в 1955 г. был изобретен прибор криотон, действующий на сверхпроводимости. С этого времени и началось создание криогенных приборов и устройств самого различного назначения: это криогенные усилители, генераторы, резонаторы, детекторы, переключатели, фильтры, криоэлектронная вычислительная техника. Это также и криогенная техника, осуществляющая сжижение и хранение газов, охлаждение сверхпроводящих электротехнических устройств, таких как трансформаторы, магниты, соленоиды, гипоскопы. Криостат является устройством, созданным криоэлектроникой. Очень большое значение при изготовлении криостата придается способу его защиты от тепла окружающей среды, так как проходящие в нем процессы при криогенных температурах требуют надежной теплоизоляции. В азотных или кислородных криостатах применяется высоковакуумная теплоизоляция, но для гелиевых она неэффективна, в них применяется для охлаждения стенок еще и дополнительный хладагент – жидкий азот (или размещаются отражающие излучение экраны).

Самый распространенный материал при изготовлении криостата – это стекло или металл. Криостат из стекла удобен в научных исследованиях, прозрачный сосуд дает возможность визуального наблюдения помещенного в него исследуемого объекта. Такой криостат состоит из двух сосудов, один вставлен в другой. Сосуд, заполненный основным хладагентом (жидким гелием), помещают в другой сосуд. Но это устройство не отличается прочностью. Металлический криостат обладает прочностью и универсальностью. В качестве основного хладагента также используется жидкий гелий, его теплоизоляцией является медный экран, между ним и объемом с гелием создан вакуум. Для дополнительного охлаждения используется жидкий азот. Все элементы криостата (корпус, емкости с гелием и азотом) сделаны из меди, стали или сплавов и отполированы для теплоотражения. Криостат имеет и поворотные приспособления для перемещения исследуемого объекта. Дальнейшее развитие науки криоэлектроники способствует совершенствованию конструкции криостата.

Мегафон

(см. «Электромегафон»)

Микроскоп

Микроскоп – оптический прибор, позволяющий получать изображения объектов, не видимых вооруженным глазом. Применяется для наблюдения микроорганизмов, клеток, кристаллов, структур сплавов с точностью до 0,20 мкм. Это разрешение микроскопа – наименьшее расстояние до объекта или его элементов, при котором они различимы. Человеческий глаз, имеющий расстояние наилучшего видения 250 мм, имеет минимальное разрешение 0,08—0,2 мм, поэтому применение микроскопа очень эффективно в различных областях науки и производства. Первый прототип микроскопа изобрел в 1590 г. в Голландии З. Янсен, используя известное оптикам свойство системы двух линз увеличивать изображение объектов. В 1609 г. Галилей изобрел зрительную трубу и применил ее как микроскоп.

Применение микроскопов позволило сделать важные научные открытия ученым Р. Гуку и А. Левенгуку в изучении клеточного строения организмов в 1665, 1673 гг. В России первые микроскопы появились в начале XVIII в., их применял в 1762, 1770 гг. Л. Эйлер. В XIX и ХХ вв. продолжалось исследование и совершенствование конструкции микроскопов. Э. Аббе в 1872 г. разработал теорию образования изображений, Дж. Сиркс в 1893 г. открыл интерференционную микроскопию. Первый ультрамикроскоп изобрели ученые Р. Зигмонди, Г. Зидентопф в 1903 г.

Известные российские ученые в микроскопии – А. А. Лебедев, В. П. Линник, Д. С. Рождественский – сделали свои открытия и исследования в середине ХХ в.

Современные микроскопы разделяются на типы по назначению, методам наблюдения и устройству. Но принципиальная конструкция любого микроскопа включает трубку с окулярами, механизмы фокусировки, крепящиеся на штативе и корпусе микроскопа. Наблюдаемый объект находится на предметном столике, над столиком находится устройство крепления объективов, под столиком – конденсор. Объективы и тип конденсора зависят от условий и метода наблюдения. Конденсоры бывают светлопольными, фазово-контрастными, темнопольными, зеркально-линзовыми. Светлопольные конденсоры имеют отличающиеся друг от друга многолинзовые системы, темнопольные также имеют сложные системы линз. Фазово-контрастные конденсоры имеют кольцевые диафрагмы.

Объективы микроскопов имеют различные спектральные характеристики для различных областей спектра: видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной. Длина тубуса зависит от конструкции микроскопа и может быть 160, 190 мм. Различные объективы предназначены для разных методов наблюдения: фазово-контрастных, интерференционных, обычных. Каждый объектив рассчитан на определенные условия работы и может быть использован только в этих заданных условиях. Объектив микроскопа определяет выбор типа окуляра. Окуляры бывают компенсационные, фотоокуляры, проекционные окуляры Гюйгенса, кварцевые. Принцип действия любого микроскопа состоит в получении увеличенного изображения наблюдаемого объекта, которое рассматривают в окуляр. Назначение любого микроскопа – дать не столько большое увеличение, но позволить рассмотреть элементы структуры объекта. Увеличения, при которых глаз видит все элементы структуры объекта, считаются полезными. Как правило, они составляют 500—1000 Å. Но в микрофотографии используют и увеличения выше 1000 Å. Методы наблюдения и освещения различаются в зависимости от условий работы и назначения.

Методом светлого поля в проходящем свете наблюдают прозрачные структуры с растворенными в них абсорбирующими элементами – ткани растений, минералы.

Методом светлого поля в отраженном свете наблюдают непрозрачные объекты или структуры – минералы, руду.

Методом темного поля в проходящем свете наблюдают прозрачные, но неабсорбирующие структуры – обыкновенно в биологии.

Методом темного поля в отраженном свете наблюдают непрозрачные объекты или структуры – металлы.

Методом ультрамикроскопии рассматривают объекты или структуры с такими мелкими частицами, которые невозможно обнаружить в самый сильный микроскоп. Такие ультрамикроскопические методы используются в научно-исследовательских целях в области химии.

Методом поляризованного света изучают объекты или структуры с анизотропными элементами – растительные ткани, минералы, сплавы.

Методом фазового контраста наблюдают прозрачные объекты, которые оказалось невозможно рассмотреть методом светлого поля, так как в нем небольшие элементы структуры слабоконтрастны – тонкие шлифы минералов.

Методом интерференционного контраста наблюдают прозрачные и бесцветные объекты. Он позволяет рассчитать общую массу и количество сухого вещества в микрообъекте.

Методом наблюдения в люминесцентном свете исследуют различные объекты в научно-исследовательских и производственных целях в микробиологии, микрохимии, дефектоскопии, изучении почвы. При этом методе наблюдаемые объекты освещают сине-фиолетовым светом, что вызывает свечение объектов, дающее информацию об их составе и свойствах. Этот метод – один из самых распространенных.

Методом наблюдения в ультрафиолетовых лучах исследуют структуры, прозрачные в видимом свете, но хорошо различимые в ультрафиолетовом (например, клетки). Такой метод широко применяется в микробиологии.

Методом наблюдения в инфракрасных лучах изучают объекты, непрозрачные в видимом свете, но видимые с помощью электронно-оптического преобразователя (например, кристаллы, минералы).

Методом микрофотографирования изучают изображения на светочувствительном слое.

Современные микроскопы оборудованы специальными устройствами микрофотографии, которые осуществляют преобразование оптической системы микроскопа и дают возможность проектировать изображение объекта на фотопленку. Этот метод микрофотографии эффективен в научных исследованиях, особенно невидимых объектов или объектов со слабым свечением.

Микроскопы различаются по типам в зависимости от конструкции, оснащения, области применения, методов наблюдения. Биологические микроскопы используются в исследовательских целях в микробиологии, физике, химии. Различные конструкции этих микроскопов имеют разные дополнительные принадлежности – сменные осветители для наблюдений по методу проходящего и отраженного света, сменные конденсоры для наблюдений по методу светлого и темного поля, устройства для контрастных наблюдений, светофильтры для люминесцентного и поляризационного метода наблюдений, окулярные микрометры, сменные объективы и комплекты окуляров для наблюдения и микрофотографии, бинокулярные тубусы. Инвертированные микроскопы используются в микробиологии для изучения культуры тканей, в химии, для изучения химических реакций при плавлении материалов, снабжены устройствами для микрофотографии и микросъемки этих процессов. Их характерное отличие – расположение объектива под объектом, а конденсора – сверху объекта.

Металлографические микроскопы используют для изучения шлифов металлов, сплавов, минералов, располагая объект снизу. Наблюдения проводят по методу светлого поля, темного поля и в поляризованном свете.

Люминесцентные микроскопы имеют сменные светофильтры.

Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы используются для получения видимого изображения, преобразованного из невидимого специальными электронно-оптическими преобразователями. Объектив и конденсор этих микроскопов – это зеркальнолинзовые системы. Линзы сделаны из материалов, прозрачных для инфракрасных и ультрафиолетовых лучей (кварца, лития). Эти микроскопы имеют микрофотокамеры для невидимого изображения.

Поляризационные микроскопы используются для изучения кристаллов, в кристаллооптике. Способ их действия основан на изменении поляризации света при прохождении или отражении от наблюдаемого объекта, что позволяет получить необходимые характеристики о нем. Окуляры таких микроскопов имеют микрометрическую шкалу.

Интерференционные микроскопы используются для изучения прозрачных объектов в микробиологии, они имеют специальный конденсор и объектив.

Стереомикроскопы дают возможность получить объемное изображение наблюдаемого объекта благодаря своей конструкции, состоящей из двух микроскопов, позволяющей наблюдать исследуемый объект двумя глазами и получать прямое изображение.

Сравнительные микроскопы имеют в своей конструкции два микроскопа с общей системой окуляров, что позволяет наблюдать сразу два объекта, сравнивая их по различным характеристикам, определяя сортность и качество обработки поверхности объекта.

Телевизионные микроскопы применяются в микробиологии, металлообработке. Их действие основано на преобразовании изображения наблюдаемого объекта в электрические сигналы с последующим увеличенным воспроизводством его на экране, что дает возможность для дистанционного исследования и наблюдения объектов.

Измерительные микроскопы используются для измерения размеров объектов. Они разделяются на два типа по способу измерения. Один способ основан на измерении расстояний не больше линейных размеров поля зрения и состоит в измерении изображения объекта в фокальной плоскости окуляра с последующим вычислением расстояния.

Второй способ основан на измерении перемещения между столиком с наблюдаемым объектом и корпусом микроскопа при помощи микрометрической шкалы. Измерительные микроскопы используют в машиностроении для измерения деталей. Шкаловые микроскопы-микрометры используются в астрономии, геодезии и других областях, где требуются особо точные измерения.

Измерительное приспособление шкаловых микроскопов – шкала с делениями, микроскопов-микрометров – спиральный микрометр, с точностью до 0,0001 мм.

Также микроскопы применяются как составная часть совместно с другими приборами в исследовательских установках. Дальнейшее совершенствование конструкций микроскопов направлено на увеличение областей их применения и улучшение их характеристик.

Миксер

Миксер имеет два значения.

Миксер, используемый в металлургии, изобрел в 1889 г. в США У. Джонс. Это сосуд, в котором накапливается выплавляемый в доменной печи расплавленный чугун для хранения в жидком виде, в результате чего сталеплавильный цех работает без перерыва.

В металлургическом миксере осуществляется уравновешивание химического состава расплавленного чугуна и его температуры, подогрев чугуна удаляет из него нежелательные примеси. Принципиальная конструкция такого миксера – это цилиндрический стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. На кожухе находятся отверстия для заливки и слива чугуна. Заливают чугун из ковшей. Сливают, наклоняя миксер при помощи специального устройства. Кожух имеет различную емкость, ориентировочно 1000 т.

Миксер, используемый в пищевом производстве, это электрический прибор. Его конструкция включает корпус (как правило, из пластмассы), в котором находится коллекторный электрический двигатель, и стакан с крышкой. Стакан изготавливается из стекла или полиэтилена. При помощи такого миксера смешивают холодные напитки, готовят коктейли, кремы, пюре, размалывают кофе, шоколад, орехи, для чего миксер бывает оборудован специальным приспособлением. На валу электродвигателя располагаются пластинчатые, изогнутые в различных плоскостях ножи, которые и измельчают продукты. Как правило, двигатель миксера имеет питание от электрической сети. Но есть модификации с батареечным питанием. Использование миксеров-смесителей очень широко. Их применяют как на пищевом производстве, так и в личных хозяйствах.

Огнетушитель

Огнетушитель – устройство для тушения огня с ручным приводом. Конструкция огнетушителя включает сосуд-цилиндр, имеющий емкость до 100 дм3. Цилиндр также имеет насадок для образования и направления струи и запорноспусковое устройство. В цилиндре находится огнетушащее средство (как правило, это двуокись углерода, углеводороды, фреоны, воздушно-механические пены, порошки, вода). Огнетушащее средство поступает из огнетушителя при помощи давления, вытесняющего его. Давление может быть постоянным или возникать при помощи привода. В огнетушителе, имеющем постоянное давление, оно поддерживается находящимся в цилиндре огнетушащим средством. В огнетушителях с возникающим давлением это достигается с помощью вспомогательного газа – азота, воздуха, находящегося постоянно в дополнительном баллончике. Или же давление в огнетушащем средстве создает реакция химического вещества его состава. Как правило, двуокись углерода бывает в огнетушителях в виде жидкости, но ее струя в своем составе имеет газообразную и твердую фазы. Реакция щелочных и кислых растворов при их смешивании дает пену, которая и поступает в насадок. При проходе через насадок водного раствора специального вещества раствор распадается на мелкие капли, смешивается с воздухом и образует воздушно-механическую пену. Бывают насадки, оснащенные сеткой, и при выдувании на ней пузырьков получается пена с длиной пенной струи до 6 м.

Углеводороды проходят через насадок и дают аэрозольную струю. Различные порошки при прохождении насадка выходят в виде облакообразующей струи.

Огнетушители различаются по конструкции и назначению. Вид огнетушащего средства и способ его подачи через насадок определяют конструкцию огнетушителя. Огнетушащее средство – двуокись углерода. Как правило, размещается в стальных баллонах, больших по размеру. Порошковые огнетушащие средства используются в небольших пластмассовых огнетушителях. Назначение огнетушителя определяют его характеристики: температура использования, способность огнетушения, токсичность, коррозийность, электропроводность огнетушащих веществ, содержащихся в нем, его виброустойчивость и емкость цилиндра. Для этого все огнетушители проходят контроль на работоспособность и прочность во время эксплуатации.

Пишущая машина

Печатающая ручная машина – средство оргтехники. Принцип работы состоит в нанесении на бумагу через красящую ленту определенных знаков – буквенных или цифровых изображений, находящихся на головке литерного рычага. Печатание осуществляется вручную нажатием соответствующих клавиш. Наибольшая скорость не превосходит 7—10 знаков в секунду. Пишущие машины различаются по назначению и бывают канцелярскими, наборно-пишущими, дорожными, портативными, специальными. Самые распространенные – канцелярские пишущие машины, на них печатают тексты и таблицы, деловую документацию в организации. Наборнопишущие машины имеют типографские шрифты, регулируемый интервал между буквами, дифференциальный шаг. На этих машинах печатают тексты для последующей печати полиграфическими машинами и устройствами. Дорожные пишущие машины – небольшие по размеру и массе. Их применяют в своей работе журналисты. Портативные машины больше дорожных, имеют самое широкое распространение.

Специальные пишущие машины имеют различные приспособления. Существуют многошрифтовые машины, они имеют одну клавиатуру, но сменные шрифты на разных языках (как правило, двух или трех). Или они могут иметь две клавиатуры, что позволяет печатать тексты на двух языках. Плоскопечатные машины впечатывают знаки или тексты в чертежи или сброшюрованные документы. Есть машины, печатающие специальные знаки: нотные, стилизованные шрифты.

В древности процесс письма был ручным и низкопроизводительным. Поэтому возникла необходимость его механизировать и тем самым повысить скорость получения текста и его качество. Примитивный прототип печатающей машины изобрел в 1714 г. Г. Милл в Англии. И только в 1867 г. в США была изобретена первая пишущая машина, по устройству близкая к современным. Ее создатели – С. Суле, К. Л. Шолс, К. Глидден. В 1873 г. начался ее промышленный выпуск американской фирмой «Ремингтон». В ХХ в. такие пишущие машины стали производиться во многих странах. Их самые известные марки: «Ундервуд», «Ремингтон» (США); «Оптима», «Эрика», «Трифмф» (Германия), «Оливетти» (Италия), «Фацит» (Швеция), «Москва», «Горизонт» (Россия).

Конструкция любой пишущей машины включает печатающий механизм с клавиатурой, на которой находятся клавиши с буквами, цифрами, знаками и символами, клавиши, передающие движение каретки, и табулятор. Количество клавиш рассчитано на число букв; в русском языке и в языках на основе латинского алфавита их от 26 до 33. Но существуют и пишущие машины для китайского или японского языков, в которых по нескольку тысяч иероглифов. На каретке располагается бумагоопорный валик, на котором закрепляется лист бумаги. Шаговый механизм обеспечивает движение каретки и печатающей головки, находящейся на литерном рычаге. Табулятор устанавливает каретку относительно печатающего устройства в определенных точках. Специальный механизм перемещает красящую ленту. Привод пишущих машин бывает механическим или электрическим. Но набор на клавиатуре осуществляется вручную. Совершенствование конструкции пишущих машин направлено на улучшение качества печати и увеличение производительности. Но в начале XXI в. с широким распространением компьютеров использование пишущих машин практически прекратилось.

Посудомоечная машина

Посудомоечная машина – машина, предназначенная для мойки посуды. Необходимость механизировать этот ручной труд способствовала изобретению такого устройства. Первые посудомоечные машины появились в конце XIX в. Современные машины отличаются большим разнообразием.

Они различаются по способу действия, по конструкции, по назначению. По конструкции посудомоечные машины бывают открытыми и камерными, от их устройства зависит и способ обработки посуды. Он бывает струйный или щеточный. Щеточный способ обработки, как правило, используется в открытых машинах, где посуда обрабатывается с помощью щеток специальным водным раствором.

Струйный способ используется в камерных машинах, где посуда обрабатывается струей моющего раствора, имеющего температуру не более 60°.

По назначению посудомоечные машины бывают промышленные, бытовые, специализированные, универсальные.

Их действие может быть непрерывным или периодичным.

Привод посудомоечных машин – электрический. Некоторые машины имеют устройства, поддерживающие уровень и температуру воды, регулирующие состав моющих средств. Самые широко распространенные – универсальные машины непрерывного действия. Посудомоечные машины используются и на больших предприятиях общественного питания, и в личном хозяйстве.

Пожарная сигнализация (42-извещатель)

Пожарная сигнализация (42-извещатель) – пожарные технические средства, способные обнаружить очаг возгорания и сообщить о пожаре. Эти средства различны по назначению и устройству. В этот комплекс приборов входят извещатели, приемники сигналов, линии связи, источники питания. Извещатель – прибор, обнаруживающий признаки возгорания и посылающий на охранный электрический пост сигнал о пожаре. Извещатели различаются по способу действия. Они могут включаться вручную или автоматически. При ручном устройстве очаг возгорания находит человек и включает прибор, давая тем самым сигнал. Извещатель автоматический сам реагирует на возникающие в окружающей среде дым, увеличивающееся тепло, сильный свет и другие признаки, характеризующие загорание, сопутствующие пожару. Приемник сигналов – это приемное устройство, получающее сигнал о пожаре от пожарного извещателя. В сигнале содержится информация о номере объекта, на котором возникло загорание, откуда и поступил сигнал. Соответственно приемник сигналов получает и звуковой сигнал о том, что сигнал тревоги получен. Также приемник дистанционно включает пожарную автоматику. Далее сигнал транслируется в пожарную охрану. Система пожарной автоматики включает устройства сигнализации, тревоги, прибор, обнаруживающий очаг возгорания, пожаротушащие устройства, огнетушащие вещества, приборы, управляющие процессом обнаружения и тушения пожара. Все эти устройства предназначены для того, чтобы не только сообщить о пожаре, но предупредить, локализовать его. Такие системы размещают на предприятиях с высокой пожароопасностью. Системы пожарной автоматики различаются также по способу действия. Есть системы, которые включает и которыми руководит человек, другие системы автоматизированы, они включаются и действуют по заданным программам. Системы пожарной автоматики получают огнетушащие вещества из специальных источников-питателей. Огнетушащими веществами могут быть пены, порошки, жидкости, воды. Специальные устройства системы руководят формированием и направлением струй огнетушащих средств при помощи насадок, распылителей. Системы пожарной автоматики различаются по скорости реагирования и типу используемых огнетушащих веществ. В систему пожарной автоматики входит сеть труб, которая скрыта под перекрытиями здания. Эти трубы оснащены водораспылительными насадками, автоматически реагирующими на повышение температуры в помещении до определенного уровня, при котором клапан, закрывающий выход, открывается, освобождая огнетушащее вещество. По скорости реагирования на возникновение пожара системы бывают быстродействующими, обычными и сверхбыстродействующими. Время срабатывания устройств составляет от 0,1 до 180 с.

Пылесос

Пылесос – это коммунальная машина, используется для механической очистки от пыли помещений, мебели, ковровых покрытий, одежды. Пылесос представляет собой, как правило, цилиндрический корпус из металла или пластмассы с гофрированным шлангом, на конце которого имеется сменный насадок для выполнения различных функций.

Двигатель – коллекторный электрический, питание получает от электросети. В корпус пылесоса вмонтирован центробежный вентилятор, который создает в корпусе разрежение и всасывает пыльный воздух из помещения через насадок и шланг. Первые пылесосы появились в конце IX—X вв. в США, что было связано с необходимостью механизировать ручной труд по уборке помещений и сделать его более производительным и эффективным.

Современные пылесосы различаются по назначению и конструкции. Многие конструкции пылесосов оборудованы различными приспособлениями для выполнения различных функций. Пылесос может мыть и натирать полы, мыть ковры, автомобили. Использование сменных насадков дает возможность белить стены и потолки в помещениях водноэмульсионными составами, увлажнять воздух и опрыскивать комнатные растения, окрашивать деревянные или металлические поверхности лакокрасочными составами. При этом применяется различный характер действий насадков: воздуховсасывающее, воздуходувное и др. Основные характеристики любого пылесоса – мощность, наличие добавочных комплектующих приспособлений. Как правило, мощность напольных пылесосов составляет 400—750 Вт, ручных – 150—400 Вт.

Ротатор

Ротатор – печатная машина для печати малых или средних тиражей, наибольший формат 30—45 см. В основном используется для печати документов. Но качество оттисков невысоко, так как это печать трафаретная. Процесс печати состоит из изготовления печатной формы-трафарета – на специальной восковой бумаге или же ротопленке. Форму для печати получают, печатая ее на обыкновенной пишущей машине. Основное рабочее устройство ротатора – печатный цилиндр. На нем укрепляется печатная трафаретная форма. Красочное устройство подает на поверхность цилиндра краску, краска проходит через отверстия в печатной трафаретной форме и пропечатывается на бумаге. Бумага идет самонакладом по накладному столу, продвигается между печатной формой и печатным цилиндром. Самонаклад – это устройство, подающее поштучно листы из стопы и транспортирующее их для осуществления печатного процесса. Конструкция самонаклада включает приспособление, отделяющее и сдвигающее один лист из стопки листов и выводящее его в рабочее положение. Специальные устройства, механические или электрические, контролируют работу самонаклада. Все его рабочие приспособления приводятся в движение, как правило, при помощи механического привода. Ротатор – это устройство трафаретной печати, не дающее высокого качества. В наши дни в связи с распространением компьютерной техники практически вышел из употребления.

Сварочная панель

Сварочная техника – машины или устройства, осуществляющие процесс сварки. Различаются по конструкции, которая зависит от вида сварки. Сварка – процесс, соединяющий изделия из твердых материалов способом сплавления или при пластической деформации. Слои наплавляемого металла при сварке могут иметь разную толщину и химический состав. Способы соединения металлов их свариванием были известны еще в далекой древности, за 800 лет до н. э. Уже тогда применялись различные способы в зависимости от соединяемого металла. Линейная сварка – заливка места соединения расплавленным металлом. Так сваривали медь, бронзу, свинец, серебро. Кузнечная сварка – нагрев и проковка соединяемых деталей, таким способом соединяли железо и сплавы. И эти два способа применялись как основные до конца XIX в. Но развивающееся машиностроение и металлообработка требовали различных способов соединения. В 1802 г. был открыт дуговой разряд. Использовать электрическую дугу в качестве способа сварки было предложено в 1882 г. Е. Н. Бернардосом и в 1810 г. Н. Г. Славяновым.

В начале ХХ в. стала применяться дуговая электросварка. В 1903 г. было изобретено ацетиленокислородное сварочное устройство инженером Э. Фуше, что послужило началом использования для сварки кислородных смесей горючих газов. Во второй половине ХХ в. для сварки используются новейшие открытия науки: лазер, плазма, ультразвук, электронный луч. Современные способы сварки отличаются большим разнообразием. Самый распространенный вид сварки плавлением включает дуговую, плазменную, газовую, электросиловую, лучевую сварки. Используются и различные виды энергии – механическая, электрическая, химическая. Дуговая сварка – процесс соединения деталей – осуществляется при помощи электрической дуги с температурой 6000—10 000 °С и силой тока 35—100 А. Процесс дуговой сварки основан на плавлении электрода и металла детали, при соединении которых зажигается дуга.

Газоэлектрическая сварка – процесс сварки при помощи сварочной горелки или в наполненной газом камере. Газы, подающиеся в сварочную дугу, дают высококачественное соединение, так как газы защищают соединение от действия воздуха. Газы, используемые в сварке, – аргон или гелий. Этим способом соединяют алюминий, магний, титан, жаропрочные сплавы меди, никеля, стали.

Электрошлаковая сварка подобна дуговой сварке, при которой шлак защищает место соединения и при этом выделяется тепло. Этот способ соединяет изделия большой толщины (до 2000 мм).

Плазменная сварка. При этом способе сварочная дуга продувается газовым потоком, образуя плазму, нагревающую металл до 30 000 °С при сжатии сварочной дуги. Эту сварку используют для соединения деталей большой толщины.

Газовая сварка. Процесс сварки идет при сгорании горючих смесей – ацетиленокислородной, водородно-кислородной. Этот способ дает медленный нагрев металла и им сваривают детали из чугуна, стали малой толщины (до 10 мм).

Электронно-лучевая сварка. Процесс осуществляется электронным потоком в вакуумной камере. Электронный луч фокусируют магнитное и электрическое поле. Этот высокоскоростной способ позволяет сваривать практически все металлы.

Сварочная техника – это устройства и приборы для различных видов сварки: сварочные аппараты, источники питания, устройства, собирающие детали для сварки, поддерживающие и перемещающие их.

Сварочный автомат дуговой сварки – устройство, механизирующее сварное соединение: подающее электродную проволоку, зажигающее сварочную дугу, ведущее режим сварки. Устройство включает сварочную головку, механизмы хода, подъема, подачи с редуктором, мундштук, рельсовый путь, ролик.

Сварочный трансформатор – устройство, регулирующее параметры сварки и питание механическим или электрическим способом. Сварочный генератор – электрическая машина, вырабатывающая постоянный ток повышенной частоты для поддержания устойчивого горения сварочной дуги.

Сварочный выпрямитель – устройство, преобразующее переменное напряжение сети в постоянное.

Выпрямитель включает трансформатор, блок вентилей, систему управления, электрический дроссель.

Газовый генератор – устройство, дающее горючие газы для газовой сварки.

Сварочная горелка – устройство, при электрической сварке подводящее ток к электроду или газ, защищающий участок горения сварочной дуги; при газовой сварке регулирующее смешивание газов и направляющее сварочное пламя. Устройство для электросварки включает токопроводящий мундштук, имеющий сменный наконечник, электродную проволоку, сопло, через которое направляется газовая струя. Управляется газовая горелка, как правило, вручную или при больших объемах – механически.

В наше время сварка – широко распространенный технологический процесс, используемый во всех отраслях производства, даже под водой и в космосе. Процесс сварки хорошо оснащен различными устройствами и машинами, дающими качественное соединение. Дальнейшее развитие сварочной техники направлено на механизацию и автоматизацию управления, использование новых технологий.

Сирена

Сирена – устройство для сигнализации. Представляет собой излучатель, действующий на периодическом прерывании потока. Поток бывает или газовый, или жидкостный, их отличие состоит в применении. Газовые сирены имеют широкое распространение. Жидкостные используются редко по причине трудности изготовления и сложности конструкции. Отличаются сирены по характеру работы и бывают пульсирующими или динамическими. Динамические сирены используются более часто, чем пульсирующие. Динамические сирены различаются по конструкции, которая бывает осевой или радиальной. Конструкция осевой сирены имеет ротор – вращающийся диск с отверстиями, и статор – неподвижный диск. Ротор вращается относительно статора, и поток воздуха, образующийся при этом, совпадает с осью вращения. Конструкция радиальной сирены также имеет и вращающийся ротор, и неподвижный статор, они, как правило, имеют цилиндрические поверхности. Ротор приводится в движение с помощью электродвигателя. Поток воздуха при этом направляется перпендикулярно оси вращения по радиусу. В роторе и статоре есть отверстия, в которые входит воздух из камеры. Количество отверстий в роторе и статоре и число оборотов ротора в минуту определяют частоту пульсаций ротора. В спектре звука, который излучает сирена, частота пульсаций воздуха составляет основу. Различные сирены имеют различный диапазон частот, который колеблется от 200 до 300 Гц, от 80 до 100 кГц и даже до 600 кГц. Мощность различных конструкций может достигать нескольких десятков киловатт. Из всех типов динамические сирены самые распространенные, и их используют в разных областях. Прежде всего сирена – это устройство для оповещающей сигнализации, объявляющей тревогу. Также эти устройства используются в различных технологических процессах: ускоряют теплообмен, разрушают пены, способствуют коагуляции аэрозолей, осаждению туманов.

Сифон

Сифон – устройство для слива жидкости. Представляет собой изогнутую трубку, имеющую колена разной длины. По этой трубке в сосуд с низким уровнем жидкости переливается жидкость из сосуда с высоким уровнем жидкости. Принцип действия сифона основан на влиянии давления со стороны сосуда с высоким уровнем на жидкость в верхнем участке сифонной трубки. Давление со стороны высокоуровнего сосуда больше, чем со стороны сосуда с низким уровнем жидкости. И под действием этого давления вода и переливается из сосуда в сосуд, и давление в верхнем участке трубки понижается. Чем больше разница уровней жидкости, тем на большую величину понижается давление и тем больше жидкость теряет энергии, преодолевая сопротивление трубки. Поэтому разница уровней жидкости не должна быть очень большой (например, для переливания холодной воды не более 7 м). И это условие несколько снижает использование сифонных устройств. Но, несмотря на это обстоятельство, сифоны имеют достаточно широкое применение в различных областях производства и различаются по конструкции и размерам в зависимости от назначения.

Санитарно-технический сифон — устройство для слива сточных вод, представляет собой керамическую или пластиковую трубу, подсоединенную к сетям канализации, проходящей в зданиях различного назначения, и к санитарным приборам – мойкам, ваннам, сливам. В зависимости от основных санитарных приборов, к которым сифоны присоединены, они имеют разную конструкцию и размеры, но назначение у всех одинаковое – пропускать сточную воду в сеть, не допускать, чтобы из канализационной сети воздух попал в помещения. Бытовой сифон – устройство, в котором хранится и готовится газированная вода. Различается по конструкции в зависимости от способа действия. Бывает автосифон и зарядный сифон. Автосифон – это баллон, сделанный из металла и стекла с металлической сеткой. К баллону привинчиваются сливная головка и обойма баллончика, в котором находится жидкая углекислота. Емкость стеклянного сифона составляет 1 л, емкость металлического – 2 л. Способ действия автосифона основан на вращении обоймы, при котором специальная игла проделывает отверстие в баллончике с углекислотой, и газ поступает в баллон сифона. Зарядный сифон – это баллон из толстого стекла, имеющий емкость до 2 л. Существуют специальные станции, на которых осуществляется наполнение сифона газом.

Смеситель сантехнический

Смеситель – это устройство, смешивающее и коммутирующее водные потоки или фазы сигналов, в зависимости от области применения.

Сантехнический смеситель, устанавливаемый на кухнях и в ванных комнатах, представляет собой устройство, подающее и смешивающее воду в кранах в определенных пропорциях. Современные смесители, кроме перечисленных действий, экономят расход воды, устанавливают необходимую температуру и включаются без прикосновения к крану. Классифицируются подобные смесители по способу конструкции, управления и назначению. По способу управления сантехнические устройства делятся на механические и электронные. Механические смесители могут быть двухвентильными или однорычажными, они применяются в квартирах и общественных помещениях. Электронные смесители, в свою очередь, делятся на нажимные, инфракрасные и радарные, в большинстве случаев они устанавливаются в общественных учреждениях.

В последнее время, благодаря техническому прогрессу, традиционные смесители сменяются термостатами. Термостаты представляют собой смеситель с двумя рукоятками, одна из которых отвечает за включение и подачу воды, другая регулирует температуру.

Современные смесители подходят любому, даже самому прихотливому потребителю, на любой вкус и цвет. Последние модели – это каскадный смеситель, создающий в ванной подобие маленького водопада; квадратный смеситель; устройство, которое при нажатии на кнопку выезжает из раковины. Кроме того, смесители можно устанавливать не только классического белого цвета, но и красного, зеленого, желтого и других цветов.

Стенографическая машина

Стенографическая машина – пишущая машина, имеющая некоторые конструктивные особенности, предназначенные для машинной стенографии. Но если обычная стенография – это скоростное письмо специальными знаками, сокращенными словами и фразами вручную, то машинная стенография на стенографической машине использует для записи текста стандартные знаки и повышает расшифровывание текста стенограмм. Стенографическая машина осуществляет запись обычными буквами или сочетанием двух или нескольких букв (они называются аккорды) на узкой бумажной ленте построчно, размещая одну букву или один аккорд в каждой строке. Печать ведется при обычном нажатии клавиш, и буквы располагаются поперек бумажной ленты. Клавиатура стенографической машины отличается от клавиатуры обычной и имеет сокращенный ограниченный набор букв. При этом сочетания двух или трех букв заменяют недостающие буквы. Это сделано для увеличения скорости печати, которая составляет больше 120 слов в минуту. Такие стенографические машины появились в начале ХХ в., но с середины ХХ в. практически вышли из употребления в связи с изобретением диктофона и магнитной записи звуков устной речи.

Стенсиль

Стенсиль – трафарет для печати коротких повторяющихся текстов с объемом не более 200 печатных знаков. Представляет собой прямоугольную плоскую пластинку небольших габаритов. Это печатная форма специальных адресовальных машин используется для печати небольших по объему и постоянных по содержанию текстов: нарядов, адресов. Различаются в зависимости от вида печати: высокой, гектографической, траферетной. Стенсиль, сделанный из пластмассы или металла, на котором выдавлены выпуклые буквы, используется для офсетной печати. Стенсиль, сделанный из специальной тонкой ткани, покрытой слоем воска, размещенной в пластиковой рамке, используется для трафаретной печати. Стенсиль, сделанный из меловой бумаги, также имеющий рамку, используется для гектографической печати. Текст на стенсили наносится различными способами. На стенсилях, сделанных из металла или пластмассы, текст штампуется на специальной штамповальной машине. На стенсилях, сделанных из бумаги или восковой ткани, текст печатается на обычных пишущих машинах. На краях стенсилей всех типов имеются цветные индикаторы для удобства отыскивания. Эти печатные устройства появились и использовались в ХХ в. параллельно с возникновением печатных и пишущих машин, но в наше время практически вышли из употребления в связи с повсеместным распространением компьютерной техники, более качественно и производительно выполняющей те же функции.

Стереограф

Стереограф – стереоприбор. Способ действия основан на механическом проектировании, использующем преобразованные связки лучей. Этот универсальный стереофотограмметрический прибор, по аэрофотоснимкам изготавливающий топографические карты. Его изобрел в 1950-х гг. в России ученый Ф. В. Дробышев, и прибор носит его имя. Конструкция прибора включает коррекционные механизмы с коррекционными плоскостями, толкатели, каретки, базисное устройство, проектирующие рычаги. Во время работы аэроснимки размещают горизонтально, их углы наклона изменяют корректирующие механизмы с плоскостями. Толкатели движутся по этим плоскостям и несут каретки с карданами. Базисное устройство с механизмами ввода базисных компонентов движется по каретке. Снимки одновременно перемещают проектирующие рычаги при вращении вокруг центров и толкатели по наклоненным коррекционным плоскостям. В результате этого карданы изменяют положение, что устраняет воздействие углов наклона снимков.

Стереокомпактор

Стереокомпактор – прибор стереофотограмметрии, измеряющий координаты на стереоснимках. Различаются по конструкции в зависимости от движения кареток. Существуют конструкции приборов, имеющие раздельное движение кареток левого и правого снимка или совместное движение кареток. Стереокомпактор с раздельным движением кареток используется для измерения координат одноименных точек на обоих снимках. Стереокомпактор с совместным движением кареток используется для измерения координаты точки одного снимка и разности координат (параллаксы соответствующей точки другого снимка). В конструкции с совместным движением кареток каретку со снимками перемещает штурвал.

Стереопроектор

Стереопроектор – универсальный прибор стереофотограмметрии, изготавливающий по аэроснимкам топографические карты с углом наклона не более 3°. Прибор изобрел в 1950 г. русский ученый Г. В. Романовский, прибор носит его имя. Прибор имеет коррекционные механизмы, которые вносят поправки с учетом угла наклона в аэроснимках, расположенных горизонтально, передвигая объективы. Рычаги, вращаясь вокруг центров проекций, координируют снимки с направляющими. Базисное устройство с каретками базисных направляющих устанавливает базис проектирования. При измерении двигаются снимки, марки остаются неподвижными. Центры аэроснимков не совпадают с центрами проекций, и при преобразовании проектирующих лучей вертикальный и горизонтальный масштабы не равны. Это неравенство исправляет коррекционный механизм, внося поправку, если его рычаг принимает наклонное положение при несовпадении центров карданов и наличии угла наклона снимка.

Стиральная машина

Стиральная машина – бытовая машина, выполняющая ряд последовательных действий по стирке белья, таких как его замачивание, стирка, полоскание, отжимание. Основное рабочее устройство – диск-мешалка или барабан, насос, отжимающее приспособление, бак для стирки, электрический двигатель с питанием от сети. Основные характеристики – номинальная загрузка, мощность.

Первая стиральная машина была создана в конце XIX в. в США для механизации трудоемкого ручного процесса стирки, обусловлена потребностью сделать его производительнее и эффективнее. Современные стиральные машины различаются по конструкции и габаритам. Бывают стиральные машины малые переносные, не имеющие отжима белья или с ручным отжимом, для чего они оборудованы валками; полуавтоматические машины с центрифугой для отжима и с двумя баками; полуавтоматические с одним баком или автоматические, а также стиральные машины, осуществляющие и сушку белья (для этого они имеют нагревательный элемент, встроенный в крышку машины). Конструкция этих машин имеет специальные штанги, на которых белье развешивается, стирается, полощется и сушится. Малогабаритные машины имеют ручной валковый отжим и бак для стирки, расположенный вертикально; в стенке или в дне этого бака располагается мешалка. Вода сливается после стирки самотеком или машина имеет насос. Реле регулирует время, необходимое для стирки. Если стиральная машина имеет два бака, то в одном баке белье стирается и полощется, в другом – отжимается. Конструкция машин, оборудованных барабаном, имеет перфорированный барабан, он вращается горизонтально в стиральном баке. Стирающееся белье стирается в этом барабане. Налив воды в бак и слив ее после стирки, замачивание, стирка, полоскание и отжим белья осуществляются при помощи электродвигателя. Стиральные машины имеют очень широкое применение и используются в больших прачечных комбинатах (емкие и мощные) и в личном хозяйстве (самые малые).

Тройник

Тройник – это одна из деталей трубопровода, имеющая три присоединительных конца. Подобный тройник укрепляет угловые ответвления к основной магистрали. Концы тройника, в зависимости от способа присоединения ветвей, бывают фланцевыми, резьбовыми или сварочными. Особенно комфортными и производительными считаются сдвоенные тройники однотрубных и двухтрубных гидронических систем. Они заменяют первичные тройники, подсоединяющие вторичный трубопровод к первичному трубному контуру. Сдвоенные тройники легко разъединяют вторичный трубный контур, обеспечивают полную независимость от вторичного контура потоков в других подобных контурах. Кроме того, внутренняя перегородка не дает циркулировать вторичной жидкости. Запасные части и установка, благодаря сдоенным тройникам, становятся малогабаритными и высокоэкономичными.

На этом значения тройника не ограничиваются. Тройником широко пользуются рыболовы. Тройником, т. е. трехподдевным крючком, оснащаются искусственные приманки для рыб. Если снимать и устанавливать рыболовный тройник в полевых условиях, то особенно трудно выводить старый тройник из заводного кольца, для этого понадобятся отвертка, нож или другие подручные инструменты.

Тройник также используется в бытовых условиях. При необходимости включить в розетку одновременно несколько электрических приборов применяется тройник. Он соединяется одним концом с розеткой, другим – с прибором, и таким образом пропускает через себя электрический ток.

Фототелеграфный аппарат

Факсимильный аппарат (или фототелеграфный аппарат) – устройство для факсимильной связи – передачи на расстояние плоских неподвижных изображений, их приема и воспроизведения с помощью электрических каналов связи. Передаваемые изображения – это графические, буквенные, цифровые оригиналы. От телеграфной связи факсимильная (фототелеграфная) связь отличается возможностью передачи более разнообразных изображений и большой устойчивостью к помехам. Факсимильные устройства – это различные механизмы, светооптические, электронные устройства, предназначенные передавать и принимать изображение и воспроизводить его, делать с него копию, которая и называется факсимиле, отсюда название всех технических устройств и метода их осуществления. Основные характеристики факсимильных аппаратов: скорость развертки, длина строк, диаметр барабана, плотность строк, время передачи. Методом факсимильной связи передают текстовый и иллюстративный материалы полос печатных периодических изданий – газет, журналов, предназначенных для последующей их печати на местах. Этим методом пользуются при передаче информации из космоса, с метеорологических станций, при внутрипроизводственной связи на больших производственных предприятиях. Первое подобное устройство, передающее изображение текстов или чертежей, изобрел в 1855 г. итальянский ученый физик Дж. Казелли. Его способ состоял в нанесении на свинцовую фольгу лаком изображения, которое воспринимало передающее устройство и направляло сигналы на линию связи, их принимало принимающее устройство и записывало на специальной бумаге электрохимическим способом.

Таким методом связи пользовались в различных странах Европы, во Франции, в России в 1860-х гг.

Но этот способ был несовершенен. И только в 1920-х гг. факсимильная связь получила новые эффективные технические средства и способы передачи информации, когда были изобретены усилители электрических колебаний и электронные лампы и создана сеть каналов связи. В 1930-е гг. были изобретены и внедрены фототелеграфные аппараты и в России, и в Германии, и в США, они осуществляли запись изображения различными методами. За этими методами в 1953 г. решением Международного комитета по телеграфии установилось название «факсимильная связь».

Технические средства факсимильной связи – это передатчик, линия связи и приемник. Передатчик изучает изображение на оригинале, направляет его в виде потока света на фотоэлектрический преобразователь, который преобразует его в электрический видеосигнал, который и передается по стандартным телефонным каналам проводной связи (с обычной полосой 3 кГц и широкополосный – 48 кГц для передачи большого объема информации). Приемник демодулирует принятый сигнал, выделяет видеосигнал, преобразует его в изображение и записывает. Это записанное изображение и есть копия принятого оригинала. Запись изображения имеет несколько способов: фотографический, электрохимический, штриховой. Фотографический способ – записывает точечный источник света на фотопленке или фотобумаге.

Электрохимический способ – записывают два точечных электрода на специальной бумаге, которая чернеет при прохождении через нее электрического тока.

Штриховой (чернильный) способ – записывает ролик или перо, которым управляет электромагнит, на обычной бумаге.

Фотоэлектрический способ – закрытый – не дает возможности осуществлять контроль записи, так как фотопленка находится в закрытой кассете.

Электрохимический и штриховой – открытые способы. Передающие, принимающие и записывающие устройства должны работать синхронно с одинаковой скоростью и временем для полного соответствия оригинала и копии, это осуществляет обычно автоматическое управляющее устройство. Изображения, которые способны передавать и принимать факсимильные устройства, делятся на две группы: черно-белые и полутоновые. Черно-белые, с двумя градациями плотности – это текст, чертежи, карты. Полутоновые с несколькими градациями плотности – это фотографии, иллюстрации. Из всех трех способов записи полутоновые изображения можно записать только фотографическим способом, тогда как для записи черно-белых подходит любой способ. Характеристики факсимильной связи – это скорость, время, четкость передачи, размер изображения.

Размер, как правило, стандартный – для изображений 220 × 290 мм, для газетных полос – 422 × 600 мм, скорость передачи изображения 60—250 строк в минуту, при передаче газетных полос до 2250 строк в минуту. Время передачи зависит от формата, если он 220 × х 290 мм, то скорость до 25 мин, если формат 422 × 600 мм, то скорость до 50 мин. Четкость характеризует количество линий на 1 мм длины строки. Как правило, она бывает от 5—16 линий на 1 мм. По конструкции факсимильные аппараты разделяются на передающие и приемные. Конструкция передающего аппарата состоит из анализирующей системы и электронного узла преобразования. Анализирующая система преобразует изображение в видеосигнал, электронный узел преобразует видеосигнал в модулятор для передачи по линии связи. В состав анализирующей системы входят светооптическое устройство, образующее на оригинале точечное световое пятно; развертывающее устройство, отражающее световой поток, который фотоэлектрический преобразователь преобразует в видеосигнал. Узел преобразования модулирует колебания.

Конструкция приемного аппарата состоит из электронного узла для демодуляции и синтезирующей системы. Электронный узел выделяет видеосигнал из модулированных колебаний. В состав синтезирующей системы входят развертывающее и записывающее устройства. Синтезирующая система воспроизводит копию изображения на фотопленке, фотобумаге или других носителях (электрохимической, электрографической бумаге). И передающий, и приемный аппарат имеют развертывающее устройство. Его конструкция бывает различной – механической или электронной. Механическая конструкция имеет развертку трех типов: барабанную, плоскостную или дуговую. Развертка барабанного типа основана на вращении цилиндра, на котором закреплены оригинал или носитель, и осуществляется развертывающим элементом. Развертку плоскостного типа также осуществляет развертывающий элемент, двигающийся по оригиналу или носителю, закрепленному между валиками. Дуговая развертка происходит при вращении оптической системы и движении цилиндрической камеры, в которой находятся оригинал или носитель. Развитие факсимильной связи направлено на совершенствование факсимильных аппаратов, использование автоматических устройств передачи, приема и контроля, увеличение скорости, качества и разнообразия передаваемых изображений.

Фритюрница

Фритюрница – электронагревательное устройство пищевых предприятий, предназначенное для жарки кулинарных изделий в жире. При этом изделие погружается и обжаривается в горячем жире, который называется «фритюр», его температура бывает 135—180 °С. Принципиальная конструкция фритюрницы состоит из камеры-емкости, которая сделана из алюминия или стали и наполняется во время обжарки жиром, и труб-электронагревателей – ТЭНов. Различные конструкции фритюрниц имеют различный способ нагрева жира и различный способ действия. Способ действия бывает непрерывный и периодический. Нагрев жира осуществляется непосредственно или косвенно. Если нагрев ведется непосредственно, то трубы-электронагреватели располагаются прямо в камере с жиром. Если нагрев происходит косвенно, то камера фритюрницы имеет двойные стенки, в пространстве между стенками располагается промежуточный теплоноситель, который нагревается трубчатыми электронагревателями. При периодическом действии изделия погружаются в жир, доводятся до готовности и выгружаются. При непрерывном действии в жире движется конвейер, на котором располагаются изделия. Фритюрницы непрерывного действия экономичнее периодического.

Холодильник

Холодильник – средство холодильной техники. Различаются домашние и промышленные холодильники. Используются для охлаждения и хранения продуктов не очень длительное время. Основное рабочее устройство холодильника – это холодильная машина, которая отводит тепло от охлаждаемого продукта при помощи низкой температуры в пределах от 10 до 150 °С. Способ ее действия состоит в забирании теплоты от охлаждаемого продукта и передаче этой теплоты в окружающую среду, в воздух или воду, у которых температура больше, чем температура продукта. Машина работает, как тепловой насос. По конструкции машины бывают компрессионными, абсорбционными, термоэлектрическими. Первые холодильные машины появились в XIX в. в Европе. В 1810 г. в Великобритании, ее изобретатель Дж. Лесли. В 1850 г. во Франции – конструктор Ф. Карре, в 1878 г. в Германии – конструктор Ф. Виндхаузен.

Конструкция разделяется по способу охлаждения.

Парокомпрессионные машины. Их конструкция включает холодильный компрессор, конденсатор, испаритель, терморегулирующий вентиль, соединенные трубопроводы. Компрессоры бывают поршневыми, ротационными, винтовыми, турбокомпрессионными. Холодильный агент имеет замкнутый цикл циркуляции в этих машинах. Холодильный агент отнимает тепло от охлаждаемого продукта и передает ее окружающей среде при кипении или расширении. Это рабочее вещество любой холодильной машины. Обычно холодильные агенты – это вещества с разной температурой кипения: с низкой температурой – ниже 50 °С, с высокой – выше 10 °С, с умеренной – ниже 10 °С. Обычно это аммиак, фреон, углеводород, этан или обычная вода или газы – азот, гелий, водород. Парокомпрессионные машины – самые универсальные и распространенные, они имеют температуру до 150 °С.

Абсорбционные машины. Их конструкция включает конденсатор, кипятильник, испаритель, абсорбер, насос, терморегулирующий вентиль. Холодильный агент в этих машинах – это бинарный раствор, который состоит из двух компонентов, имеющих разную температуру кипения. Вещество с низкой температурой отнимает тепло от продукта, вещество с более высокой температурой кипения абсорбирует. Этими веществами бывают растворы аммиака, растворы бромида лития, вода. Абсорбционные машины используются на вторичных энергоресурсах: горячей воде, паре, газах – на промышленных предприятиях.

Пароэжекторные холодильные машины. Их конструкция включает эжектор, конденсатор, насос, испаритель, терморегулирующий вентиль. Холодильный агент в этих машинах – вода, превращаемая в пар.

Конструкция домашних холодильников подразделяется по типу установленной в нем такой холодильной машины, они также бывают компрессионными, абсорбционными, термоэлектрическими. Самые первые домашние холодильники были компрессорными. Их выпустили в 1910 г. в США, в 1925 г. – в Швеции, но эти холодильники были абсорбционными. В России первые компрессионные и абсорбционные домашние холодильники появились в 1940-х гг. Термоэлектрические холодильники появились только в 1950-х гг. Сейчас домашний холодильник – это самое распространенное устройство, используемое в каждом доме.

Конструкция любого домашнего холодильника имеет вид металлического шкафа с холодильной камерой и полками для продуктов внутри. В шкаф герметично встроен холодильный агрегат, состоящий из компрессора, конденсатора, испарителя, осушителя, дросселя. Между наружными стенками шкафа и внутренней холодильной камерой находится теплоизоляция. Холодильный агрегат работает по периодическому циклу, регулируемому температурным реле, что создает в холодильнике нужную температуру. Воздух в камере охлаждается в результате теплообмена. Домашние холодильники различаются по сроку хранения продуктов, что зависит от оснащения низкотемпературным отделением, и температурой, которую оно создает. Есть холодильники с краткосрочным хранением всего до нескольких суток, при температуре -6 °С, со среднесрочным хранением около 2 недель при температуре -12 °С, с длительным хранением при температуре -18 °С. Домашние холодильники выпускаются однокамерными, двухкамерными и многокамерными. Камеры имеют хорошую теплоизоляцию и отдельные двери. Обслуживание домашнего холодильника и очистка испарителя от снежного покрова осуществляются различными способами – вручную, полуавтоматически и автоматически. Вентиляция в холодильнике может быть естественной или принудительной с вентилятором. Вентилятор и испаритель располагаются на задней стенке холодильника, при естественной вентиляции каждая камера имеет отдельный испаритель. На испарителе осаждается влага из воздуха.

Домашние холодильники бывают напольными, переносными, настенными, встроенными вместе с мебелью. Среди домашних холодильников наиболее распространены компрессионные. Абсорбционные холодильники, как правило, большие и емкие, но с большим расходом энергии. Термоэлектрические холодильники имеют небольшое применение и малую емкость. Емкость холодильников составляет 20—800 л. Холодильники – это очень удобный, эффективный и широко распространенный вид домашней техники. В наши дни холодильники производятся во многих странах в количестве до нескольких миллионов штук ежегодно.

Швейная машина

Швейная машина – машина, предназначенная для соединения швейных изделий из ткани, трикотажа, кожи, искусственных материалов.

Швейные машины – это основное средство легкой промышленности. Они используются на швейных, трикотажных предприятиях и в бытовых условиях. Только во второй половине XVIII в. появились первые швейные машины, сильно отличающиеся от привычных современных и практически повторяющие ручное шитье.

В 1845 г. в США была изобретена швейная машина с челночным станком, делавшая до 300 стежков в минуту. Но при этом игла перемещалась горизонтально, а ткань – вертикально. И только в 1851 г. И. М. Зингер сконструировал швейную машину с вертикальной иглой и горизонтальной тканью. Этот способ сохранился в швейных машинах до сих пор, хотя конструкции совершенствовались и специализировались.

По характеру выполняемой работы швейные машины различаются и бывают стачивающие, обметочные, пуговичные, универсальные. Универсальные швейные машины выполняют швы и строчки разной длины, конфигурации и направлений. Специализированные выполняют только один вид стежка. Швейные машины различаются по типу стежка. Есть машины с челночным или цепным стежком; одноигольные или многоигольные. Принципиальная конструкция швейной машины включает игольный механизм, челнок, нитепритягиватель, двигатель ткани. Ушко иглы находится около ее острия. В это ушко вставляют нить, игла движется возвратно-поступательно с помощью механизма иглы. Игла проводит через ткань верхнюю нить и образует из нее петлю, которую захватывает челночный механизм, нитепритягиватель затягивает петлю. Ткань передвигается на длину стежка при помощи двигателя ткани. Главный вал машины имеет электрический или механический привод и управляет всеми устройствами машины. Современные швейные машины различаются по назначению, толщине и свойствам материала, размерам сшиваемого изделия. Машины могут иметь различные формы, размеры, скорость, приспособления. Бытовые швейные машины универсальны, у них челночный стежок, они делают прямую строчку, зигзагообразную, обметывают срезы ткани, петли, пришивают кружево, отделочные детали, пуговицы. Для этого они имеют сменные приспособления. Размеры домашних машин также различны. Существуют напольные, настольные, портативные машины. Производственные машины очень разнообразны. Существуют одноигольные машины, делающие двухниточный цепной стежок, более прочный, чем челночный стежок, а также двух-, трех– и многоигольные машины, делающие стежки. Специальные обметочные машины, обметывающие срезы ткани, соединяющие трикотаж или мех, имеют цепную строчку. Машины с зигзагообразными строчками имеют челночный или цепной стежок, они также обметывают срез ткани, соединяют детали изделий встык, пристрачивают кружево и отделку. Есть машины, делающие потайную строчку. Они подшивают края изделий так, чтобы с лицевой стороны не было видно шва. Машины, обметывающие петли, могут вырезать отверстия петель различной формы и размера. Пуговичные машины пришивают пуговицы с отверстиями и с ушком. Есть многоигольные машины, вышивающие зажатые в пяльцах изделия. Современные швейные машины – основное оборудование предприятий швейной промышленности. Они высокопроизводительны, механизированы и автоматизированы, что обеспечивает высокое качество и увеличение объемов выпускаемой продукции. Дальнейшее развитие швейного производства направлено на увеличение скорости и производительности машин, использование новых материалов и технологий.

Электродинамический громкоговоритель

Электродинамический громкоговоритель (динамик) – прибор для усиления воспроизводимого звука. Принцип его действия основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, что преобразует электрические колебания звуковых частот в механические. Ток проходит в подвижной катушке, которая подключена к источнику электрических колебаний. Катушка находится в зазоре магнита. Диафрагма жестко связана с катушкой. Механические колебания диафрагмы происходят от взаимодействия тока с магнитным полем, при этом излучаются звуковые волны. Электродинамические громкоговорители различаются по этому излучению звука и бывают с прямым излучением, излучающие звук непосредственно или рупорные громкоговорители, излучающие звук через рупор. Чтобы повысить качество звука и надежность эксплуатации, головку громкоговорителя помещают в металлический или пластмассовый корпус. Головка – это звуковая катушка и диафрагма, соединенные вместе.

Электродинамические громкоговорители применяются в звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройствах: магнитофонах, электропроигрывателях, электрофонах. Некоторые электродинамические громкоговорители имеют системы из нескольких головок, воспроизводящих звук определенной частоты, и различные мощности, которые в зависимости от назначения имеют разную ширину полос. При широкой полосе мощность составляет 40—15 000 Гц, при узкой полосе – 300—5000 Гц.

Электромегафон

Электромегафон – электрическое звукоусиливающее устройство. Его конструкция состоит из усилителя электрических колебаний, рупорного громкоговорителя, микрофона. Это устройство переносное, имеющее рукоятку. Микрофон находится на корпусе громкоговорителя. Но его иногда устанавливают и отдаленно от громкоговорителя при помощи удлинительного кабеля. Усилитель электрических колебаний получает питание от электрических аккумуляторов. Иногда усилитель переводится в режим генерации колебаний звука, вырабатывающий тональные сигналы. Дальность действия электромегафона составляет более 250 мм, вес при этом не превышает 1,5 кг.

Раздел 18. Офисная техника

Брошюратор

Брошюратор – устройство, применяемое для обеспечения работы небольших организаций (фирм), которое позволяет формировать из отдельных листов бумаги цельные документы: брошюры, отчеты, доклады, донесения и т. д.

Необходимость создания брошюратора была обусловлена потребностью иметь надежно скрепленные, удобные в использовании бумажные носители информации. Использование брошюратора позволяет не опасаться утери какой-то части документа, так как все листы надежно скреплены между собой и обложкой.

Основные задачи брошюратора заключаются в надежном закреплении листов бумаги, проделывании в них сквозных отверстий, скреплении листов между собой с помощью нити или железных скоб.

Предпосылки создания брошюратора появились в ходе зарождения книгопечатания, когда возникала потребность скреплять между собой отпечатанные листы книг.

Первый в истории России брошюратор был сконструирован и изготовлен первопечатником Иваном Федоровым в XVI в. и применялся при изготовлении первых книг, прежде всего Священных Писаний Ветхого и Нового Заветов (Библий).

Брошюраторы классифицируются по возможностям брошюровки на профессиональные (типографские) и бытовые (офисные). Типографские применяются в промышленных масштабах для производства книг и другой печатной продукции. Офисные – используются в организациях (фирмах) при подготовке отчетной документации.

Дальнейшее развитие брошюраторов направлено на повышение производительности, надежности конструкции, снижение массогабаритных характеристик.

Ксерокс

Ксерокс – русская транскрипция названия фирмы XEROX, которое стало нарицательным названием всех светокопировальных аппаратов. Именно аппараты фирмы XEROX впервые появились в России, что и обусловило такое «народное» название.

Ксерокс.

Ксерокс предназначен для изготовления копий печатных, рукописных документов, фотографий, рисунков, выполненных на бумажных носителях. Некоторые модели позволяют использование их и в качестве принтеров – устройств, распечатывающих документы с помощью компьютера. Количество изготавливаемых копий с одного оригинала устанавливается по умолчанию (обычно это 999) или задается оператором.

Основными, типичными элементами ксерокса являются: корпус, крышка устройства подачи оригиналов (крышка оригиналодержателя), стекло оригиналодержателя, панель управления, выводной лоток, лоток (лотки) для загрузки бумаги, полистное устройство подачи бумаги, приспособление для очистки коротрона (направляющей для подачи бумаги), USB-порты для подключения к компьютеру, картридж тонера, механизм извлечения бумаги при ее застревании. Большинство современных моделей ксероксов имеют следующие типовые функции: копирование оригинала со стекла оригиналодержателя; копирование с использованием устройства SPF (устройство полистной подачи оригиналов); изменение насыщенности изображения на копии (позволяет автоматически изменять насыщенность изображения на копии в зависимости от характеристик оригинала; обычно возможна установка пяти уровней экспозиции; основные режимы – это ТЕКСТ и ФОТО. Если в случае заводских установок копии получаются слишком насыщенными или, наоборот, слишком бледными, изменяют уровень экспозиции); установка тиража копирования; ручной выбор масштаба копий; раздельный выбор масштаба по вертикали и горизонтали; двустороннее копирование, т. е. нанесение изображения с двух оригиналов на обе стороны листа копии; копирование разворота страниц на два разных листа; прерывание процесса копирования для экономии электроэнергии.

Основные этапы работы ксерокса следующие. Мощный источник света сканирующего механизма (как правило, галогенная лампа) последовательно освещает оригинал. Отраженный от оригинала свет попадает на фотопроводящий барабан. На поверхности фотопроводящего барабана формируется копируемое изображение. Информация о копируемом изображении поступает в печатающее устройство, в него также поступает тонер (краска) из картриджа. Затем изготавливается копия.

К основным характеристикам ксерокса можно отнести следующие показатели.

Разрешение копий. Разрешение характеризует степень распознавания (детализации) воспроизведения копируемого или сканируемого изображения. Единицей измерения разрешения является «dpi» (dots per inch, или «точек на дюйм», т. е. число наносимых точек тонера на квадратный дюйм поверхности листа бумаги).

Скорость копирования с определенным разрешением. Показывает время изготовления первой копии с определенным разрешением. Измеряется в секундах.

Шаг масштабирования копий. Определяет возможную дискретность масштаба изготавливаемой копии. Измеряется в процентах. Обычно это значения от 25 до 400% с шагом 1%.

Количество изготавливаемых копий при однократном сканировании. Характеристика косвенно показывает объем буфера памяти ксерокса и степень уменьшения износа сканирующего устройства за счет однократного сканирования. Обычно эта величина составляет 999 штук.

Наличие режима аудитрона. Наличие данного режима позволяет осуществлять учет изготовленных копий по каждому счету пользователей (возможно, как правило, ведение до двадцати различных счетов).

Дополнительные характеристики. Показывают энергосберегающие возможности аппарата и «дружественность» конструкции по отношению к пользователю – это режимы предварительного прогрева и автоматического выключения питания.

Практически все крупные фирмы, производящие организационную технику, выпускают светокопировальные аппараты. Наиболее распространены в России аппараты фирм XEROX, SHARP.

Дальнейшее развитие светокопировальных аппаратов направлено на уменьшение их габаритных размеров и совмещение в себе нескольких функций, таких как ксерокс, принтер, сканер.

Ламинатор

Ламинатор является устройством, которое пропускает бумагу между двумя валиками картона или плотной бумаги для придания ей глянцевого блеска и (или) обеспечения большей плотности пропускаемого материала. На современном этапе чаще всего используются конструкции, позволяющие осуществлять приклеивание целлофана или плотного прозрачного пластика к ленте бумаги (картона) с одной или двух сторон с использованием валиков, нагревающихся до температуры плавления оберточного материала. Современные ламинаторы позволяют наносить защитное покрытие на бумажные документы, что помогает существенно увеличить срок их службы, защитить от подделок, исправлений и от негативных воздействий окружающей среды. Ламинаторы с возможностью нанесения защитного покрытия нашли широкое применение прежде всего в учреждениях, выдающих в больших количествах какие-либо документы. Например, органы внутренних дел используют ламинаторы такого типа для изготовления паспортов, водительских удостоверений, свидетельств о регистрации транспортных средств и т. д. Первоначально ламинатор представлял собой механическое устройство, имеющее в своем составе два валика, изготовленных из плотной резины, расположенных вертикально один над другим и плотно прилегающих друг к другу. В качестве привода такого ламинатора использовалась мускульная сила рабочего. Постепенно конструкция усложнялась, и ламинатор превращался в сложное электромеханическое устройство с электрическим приводом вращения валиков и нагревательными элементами. Основными характеристиками ламинатора являются диапазон рабочих форматов ламинируемых документов, потребляемая мощность, время выхода на рабочий режим, скорость ламинирования. Принцип работы современного ламинатора основан на одновременном механическом (с помощью валиков) и тепловом (обеспечивается нагревательными элементами) воздействии на оберточный материал с целью склеивания его по всему периметру документа.

Дальнейшее развитие ламинаторов направлено на повышение автоматизации процесса, сокращение времени ламинирования, разработку подачи оберточного материала непосредственно из самого аппарата.

Мини-АТС

Мини-АТС – автоматическая телефонная станция уменьшенных размеров, предназначенная для соединения участников телефонных переговоров (абонентов) между собой без участия человека-оператора, по сигналам вызова одного из абонентов, в ограниченном масштабе. Мини-АТС используются для организации локальной сети телефонной связи в отдельных зданиях, учреждениях, когда оптимально иметь собственную АТС без выхода на общегородскую станцию. Мини-АТС позволяет ее пользователю быть автономным от городской АТС, не затрачивать большие материальные средства для аренды необходимого количества номеров, при этом обеспечивая телефонной связью различные подразделения организации. Широко используются мини-АТС и в военном деле для организации работы штабов различных уровней от батальона включительно. Это позволяет в условиях боевых действий обеспечить управление войсками на любой местности, не привязываясь к состоянию действующих телефонных линий. Фактически, мини-АТС представляет собой набор ключей (контактов), шифраторов (устройств, кодирующих адрес абонента) и дешифраторов (раскодирующих его). Все это должно быть объединено в единую с обслуживаемыми абонентами сеть. Суть работы мини-АТС заключается в следующем. Необходимо обеспечить коммутацию (соединение) двух абонентов, один из которых является инициатором переговоров (вызывающим), а другой – вызываемым. Сигнал в виде кода от вызывающего абонента приходит на мини-АТС, где в дешифраторе определяется вызываемый абонент. Затем происходит кодирование адреса вызываемого абонента и запрос его состояния. Если это возможно в данный момент времени, происходит соединение участников переговоров. После окончания разговора происходит размыкание соответствующих ключей и возврат устройств мини-АТС в исходное состояние.

Основным признаком классификации мини-АТС является тип используемых соединительных приборов. На начальных этапах развития данного вида техники использовались машинные соединительные приборы с искателями, работающими от электропривода; шаговые, с соединительными приборами, перемещающими контакты под воздействием дискретных управляющих импульсов; координатные, где задавалось положение искомых контактов в координатной плоскости, и соединители, состоящие из реле, воздействовали на систему горизонтальных и вертикальных струн.

Существовали также соединительные приборы с механическими реле и электронными приборами – так называемые механоэлектронные. Все вышеперечисленные типы имели такие существенные недостатки, как большие массогабаритные характеристики, высокая сложность коммутационного механизма, ограниченное быстродействие, низкая надежность. Следующий этап развития мини-АТС характеризовался широчайшим внедрением в качестве соединительных приборов электронных ключей, исключающих необходимость использования механических подвижных частей и контактов. Современные мини-АТС, используемые в офисе, представляют собой компактные устройства размерами примерно с 17-дюймовый монитор с электроннолучевой трубкой.

Плоттер

Плоттер, или графопостроитель, – электромеханическое цифровое устройство, предназначенное для воспроизведения с компьютера на бумажные носители документов большого формата, таких как чертежи, топографические карты, плакаты и т. д. Широчайшее распространение плоттер нашел прежде всего в машиностроении. Применение плоттера в этой сфере позволило существенно снизить количество человекочасов, затрачиваемых на изготовление чертежей, ускорить процесс исправления ошибок. Востребован плоттер также и в топографии и картографии для изготовления и редактирования карт местности. Важнейшим достоинством плоттера является возможность его совместной работы с компьютером. Это позволяет оперативно вносить информацию, корректировать ее и исправлять выявляемые ошибки. Для обеспечения работы с компьютером к каждому плоттеру прилагается установочный диск с драйверами (управляющими программами).

По способу нанесения изображения на лист бумаги плоттеры подразделяются на барабанные (рулонные) и планшетные. Различаются они прежде всего способом движения красящих перьев. У барабанного типа бумага размещена в виде рулона и подается вперед по мере нанесения рисунка. Красящие же перья двигаются в одной плоскости, перпендикулярной направлению подачи бумаги. Плоттеры планшетного типа характеризуются неподвижным размещением листа, а красящие перья двигаются в двух координатах, обеспечивая нанесение изображения. Наибольшее распространение получили плоттеры барабанного (рулонного) типа.

Плоттер состоит из следующих элементов: корпус, вторичный источник питания, электронный блок, принимающий информацию от компьютера и преобразующий ее в управляющие сигналы на приводы красящих перьев, картридж с краской (тонером), термографический принтер. Получение документа с помощью плоттера заключается в следующем. Информация (чертеж, топографическая карта и т. д.) набирается на компьютере и с помощью управляющих программ отправляется на плоттер. По командам электронного блока красящие перья наносят изображение на бумажный носитель.

Резак бумаг

Резак бумаг – приспособление для разделки бумаги, картона на необходимые по размеру и форме части. Может быть использован как обрезчик краев листов бумаги, сгруппированных в единый документ брошюрованием, для их выравнивания. Резак бумаг применяется также для придания отпечатанному документу требуемого формата. Эта операция возможна и в допечатном виде, и после печати. Основу резака бумаг составляют, как правило, две металлические пластины с острыми режущими кромками. Режущие кромки могут иметь различную форму (прямую или узорчатую) для придания обрезаемым листам необходимой конфигурации. Обычно резак бумаг представляет собой механическое устройство и приводится в действие мускульной силой человека. Количество одновременно обрезаемых листов зависит от плотности бумаги, остроты режущих кромок и прилагаемого усилия. Как правило, резак бумаг находит широкое применение в типографиях. Основные типы резаков: сабельные, гильотинные, дисковые, роликовые (по форме режущих приспособлений).

Сетевой фильтр

Сетевой фильтр – разновидность электрических сглаживающих фильтров, подключаемых к промышленной сети и обеспечивающих питание приборов и устройств офисной техники электроэнергией необходимого качества. Основной задачей сетевых фильтров является обеспечение потребителей электроэнергией с такими параметрами, которые обеспечат номинальный режим работы приборов, их долговечность и сохранность. Необходимость создания сетевых фильтров была вызвана двумя основными проблемами. Во-первых, высокой требовательностью большинства офисных потребителей электроэнергии к стабильности ее параметров. Компьютеры и другие электронные устройства очень чувствительны к броскам (резким изменениям) уровней напряжения и тока в сети. Выход значений рабочих параметров сети за пределы допуска могут привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования и к утере вовремя несохраненных данных. Во-вторых, невозможностью обеспечения требуемой стабильности параметров промышленной сети. Объясняется это все возрастающим потреблением электрической энергии, наличием большого количества одновременно подключенных мощных потребителей, а также случайным характером их отключения и подключения к сети.

Как видно из названия, электрический фильтр осуществляет фильтрацию сигналов определенного уровня (частоты), т. е. пропускает на свой выход сигналы одной определенной частоты (набора частот) и задерживает все другие сигналы. Область частот пропускаемых сигналов называется полосой пропускания фильтра. Физически электрический сглаживающий фильтр представляет собой электрическую цепь, состоящую из элементов с индуктивностью и емкостью, т. е. из дросселей (катушек) и конденсаторов. При этом дроссели включаются последовательно с нагрузкой, а конденсаторы – параллельно ей. Такое построение схемы фильтра объясняется задачей сглаживания частоты тока на его входе, т. е. нейтрализацией всплесков в сети. В данной схеме используется определенная зависимость сопротивления участков цепей, составленных из дросселей и конденсаторов, от частоты тока. У дросселей сопротивление растет с увеличением частоты и равно нулю для постоянного тока, а у конденсаторов, наоборот, уменьшается с ростом частоты и равно бесконечности (равносильно обрыву цепи) при постоянном токе. При совместной работе всех участков схемы фильтр пропускает на выход ток только определенной частоты, нужной потребителям. Настройка полосы пропускания фильтра производится при его изготовлении путем подбора электрических значений параметров емкости и индуктивности составляющих элементов. Большинство современных сетевых фильтров рассчитано на пропускание к потребителям тока такой частоты, которая нужна для их нормальной работы, то есть напряжением 220—230 В, частотой 50 Гц (60 Гц – по стандартам США). Некоторые конструкции фильтров позволяют осуществлять стабилизацию не только частоты тока, но и уровня напряжения. Это достигается путем использования в схеме электрического трансформатора.

Дальнейшее развитие фильтров данного класса направлено на возможность ручной регулировки полосы пропускания в эксплуатации за счет использования конденсаторов переменной емкости и катушек с изменяемой индуктивностью.

Счетчик банкнот

Счетчик банкнот – электромеханическое устройство, предназначенное для подсчета количества денежных купюр, размещаемых в его приемном бункере. С увеличением количества денежной массы во всем мире остро встала проблема автоматизации процесса пересчета купюр. Используемый до появления счетчика банкнот ручной способ пересчета характеризовался большими затратами времени и невысокой достоверностью, особенно ближе к концу рабочего дня, а также невысокой производительностью труда.

Последнее обстоятельство вынуждало привлекать к однообразному рутинному труду значительное количество специального персонала финансовых учреждений. На первых этапах своего развития счетчик банкнот выполнял только свою основную функцию – пересчет количества купюр. Постепенно данное устройство усложнялось: увеличивалась скорость пересчета, появлялись дополнительные функции. Современные счетчики банкнот позволяют решать следующие задачи: проводить идентификацию загружаемых купюр, выводить информацию о своей работе на встроенный дисплей, сохранять в своей энергонезависимой памяти ранее введенные настройки и установки, обеспечивать автоматический и ручной запуск пересчета купюр. Как правило, счетчик банкнот не определяет денежную сумму подсчитанных купюр, а определяет только их количество. Однако современные счетчики банкнот позволяют по введенной информации о номинале заложенных купюр определять и их общую сумму, т. е. производить суммирование. Еще одной задачей, решаемой современными приборами данного вида, является возможность остановки счета банкнот в динамическом режиме.

Счетчики банкнот характеризуются следующими основными показателями.

Вид детекции купюр. Характеризует способ распознавания подлинности загруженных банкнот. Для этого используются также встроенные источники ультрафиолетового излучения.

Вместимость лотков загрузочного и приемного бункеров. Причем вместимость приемочного и загрузочного бункеров может быть различной.

Скорость подсчета купюр. Измеряется в количестве банкнот в минуту. Может составлять до 1200 купюр в минуту.

Количество и разрядность информационных дисплеев. Количество дисплеев в каждой конкретной модели зависит от многофункциональности счетчика банкнот. Разрядность дисплеев (максимально возможное число одновременно отображаемых символов) характеризует возможность по отображению информации производимых операций (счет или фасовка).

Возможности энергонезависимой памяти. Объем памяти, возможность по сохранению различных установок и настроек.

Телетайп

Телетайп – разновидность телеграфного аппарата (см. «Факс») с клавиатурой, используемой для набора передаваемой информации. Телетайп представляет собой так называемый стартстопный телеграфный аппарат. В буквальном переводе (от греч. tele и англ. type) означает: «писать на машинке далеко». Основной особенностью телетайпа (стартстопного буквопечатающего телеграфного аппарата) является прерывистое вращение его передающего и приемного распределительных механизмов. Для передачи одного любого знака (буквы, символа, цифры) телетайпу требуется семь сигналов электрического тока: один начальный – стартовый, затем пять кодовых и один на остановку. Как правило, одна такая «стартстопная комбинация» знака передается в течение одного полного оборота синхронно работающего распределительного механизма. Телетайп – основной вид стартстопного аппарата, применяемого в телеграфных линиях связи практически всех стран в XX в. В то время телетайп являлся фактически единственным источником оперативного обмена информацией в мире. Ведущие телеграфные агентства всего мира повсеместно использовали телетайпы для освещения происходящих событий. Телетайпы использовались также в качестве терминала в устройствах вычислительной техники, т. е. для вывода информации из ЭВМ. При приеме вывод информации производился автоматически на рулонной бумаге.

Недостатками телетайпов являются большое количество подвижных механических частей, контактов, невысокое быстродействие, большие массогабаритные характеристики, сравнительно высокое энергопотребление. В связи с этим, а также с развитием новационных средств связи и общения, таких как Интернет и электронная почта, телетайп потерял свою былую значимость в вопросе обмена информацией в мировом масштабе.

Уничтожитель бумаг с автоподачей

Уничтожитель бумаг с автоподачей – электромеханический агрегат, позволяющий проводить измельчение бумаги на небольшие фрагменты с целью обеспечения сохранности информации, помещенной на уничтожаемых документах. Задача надежного уничтожения документов со 100%-ной гарантией сохранности информации стояла перед человечеством со времен появления письменности и бумаги. Первоначально документы сжигались, однако, во-первых, процесс горения сопровождается выделением частиц дыма и сажи с неприятным запахом. Во-вторых, существует большая вероятность подъема частично сгоревшего документа из огня восходящими потоками нагретого воздуха с его утерей. В-третьих, существуют технологии восстановления текста документов по оставшемуся пеплу. В-четвертых, дым и пламя сжигаемых документов являются серьезным демаскирующим признаком, позволяющим заинтересованным лицам делать соответствующие выводы о процессах, происходящих в учреждении. Например, при сжигании документов в посольстве иностранного государства можно предположить, что идет уничтожение секретных документов в связи с подготовкой к конфликту со стороны страны, которую представляет данное посольство. Поэтому электромеханический уничтожитель бумаг является устройством, позволяющим надежно уничтожать документы и лишенным всех вышеперечисленных недостатков.

Типичный уничтожитель с автоподачей состоит из следующих элементов: корпус, механический датчик автостоп / пуск, отверстие для загрузки уничтожаемой бумаги (проем загрузки), выдвигающий контейнер для уничтоженной бумаги, пульт управления аппаратом, режущий механизм измельчения, приводной электрический двигатель.

Уничтожитель бумаг с автоподачей представляет собой устройство с повышенным уровнем опасности. Не допускается попадания посторонних предметов в проем загрузки бумаги, измельчению подлежит только бумага, не допускается уничтожать предметы из пластика, целлофана и т. д. Уничтожитель должен быть установлен в помещении, куда ограничен доступ детей.

Большинство типов современных уничтожителей имеют защиту от попадания в режущий механизм сопутствующих бумажным документам предметов: канцелярских скрепок, скоб степлера и т. д.

Основные технические характеристики уничтожителя бумаг с автоподачей следующие.

Размер измельченных частиц. Чем мельче частицы, тем меньше вероятность восстановления уничтоженного документа.

Скорость уничтожения. Обычно задается в миллиметрах в секунду.

Ширина загрузки, или максимально возможный формат уничтожаемой бумаги. Обычно составляет 240 мм – широкая сторона листа формата А4 или узкая сторона – формата А3.

Уничтожитель бумаг работает в повторно-кратковременном режиме и не предназначен для длительной непрерывной работы. После работы, в течение времени, определенного инструкцией по эксплуатации конкретного уничтожителя, необходимо делать перерыв в его использовании для остывания приводного двигателя. Аппарат чувствителен к перегрузке уничтожаемой бумагой. Перегруз может привести к снижению скорости уничтожения или к полной остановке.

Типовой алгоритм уничтожения документов с помощью аппарата заключается в следующем. На пульте управления нажимается кнопка включения. Вставляется уничтожаемая бумага, после чего уничтожитель включается автоматически. После уничтожения загруженных листов аппарат автоматически выключается. Из контейнера для фрагментов извлекаются измельченные частицы. Уничтожитель бумаг с автоподачей имеет ряд защитных блокировок для обеспечения безопасности работы. Он автоматически отключается при выдвинутом контейнере уничтоженной бумаги, при переполнении данного контейнера, при застревании бумаги в режущем механизме, при перегреве, перегрузке двигателя. Для продления срока работы и сохранения заявленных техническими характеристиками параметров предусмотрено техническое обслуживание уничтожителя.

Факс

Факсимильный аппарат – аппарат дальней проводной связи, обеспечивающий передачу данных, размещенных на бумажных носителях, на расстояние с использованием телефонной линии. Обычно совмещает в себе функции телефона и копира.

Необходимость передачи информации на расстояние возникла практически одновременно с появлением человека разумного. Для этой цели первоначально использовались цепочка последовательно разжигаемых костров, почтовые птицы и т. д. Однако данные способы характеризовались низкой эффективностью и надежностью по доставке информации адресату. Наиболее приемлемый путь решения проблемы обозначился после освоения человечеством электрической энергии и изобретения Морзе своей азбуки. Азбука Морзе использовалась для кодирования букв в виде электрических сигналов высокого и низкого потенциала. Кодировка происходила в специальном аппарате, который получил название телеграфного аппарата. Затем закодированная информация передавалась по проводным линиям связи в пункт назначения и раскодировалась на месте в буквы и слова. Так работает телеграф (от греч. tele – «передача на расстояние» и англ. graph – «графика») – прообраз современного факса.

Типичный факсимильный аппарат, как правило, состоит из следующих основных элементов: корпус, сканирующий механизм, принтер, система сжатия данных, модем, вторичный источник питания, оперативное запоминающее устройство, телефонный аппарат.

Основные технические характеристики, которые показывают возможности факсимильных аппаратов, следующие.

Тип телефонной линии. Как правило, используются линии АТС общего пользования.

Размеры документа. Характеризуют возможности конкретного аппарата по сканированию содержания носителя передаваемой информации.

Ширина сканирования. Ширина зоны захвата информации сканирующим механизмом факса.

Время передачи данных. Скорость передачи зависит от содержания страниц, разрешения, состояния телефонной линии и возможностей аппарата абонента, которому передается информация.

Плотность сканирования. Показывает возможности сканирующего механизма факсимильного аппарата.

Фоторазрешение. Обычно у факсов имеется несколько уровней фоторазрешения, влияющих на скорость и качество восприятия информации с оригинала.

Тип сканера. Возможны различные конструктивные реализации сканирующих механизмов, как правило, это контактный сенсор изображений.

Тип принтера. Тип печатающего устройства факса, которое формирует на бумажном носителе полученную информацию; обычно это термографический перенос на обычную бумагу.

Система сжатия данных. Это система подготовки распознанных данных к передаче. Используются стандартные системы, заложенные в программном обеспечении прибора на заводе-изготовителе.

Скорость модема. Показывает возможности аппарата по скорости передачи информации.

Рабочие условия окружающей среды. Условия окружающей аппарат среды, при которых возможна эксплуатация аппарата и обеспечивается реализация его технических характеристик.

Потребляемая мощность электроэнергии. Подразделяется на потребляемую мощность в режиме ожидания, в режиме передачи данных, приема информации, копировании и на максимальную (при копировании абсолютно черного документа).

Источник питания. Как правило, переменное напряжение 220—240 В частотой 50—60 Гц.

Емкость памяти факса. Объем информации, фиксируемый аппаратом при передаче из памяти, приеме в память. Как правило, факсимильные аппараты снабжены и голосовой памятью, позволяющей записывать голосовые сообщения.

Характеристики бумаги для воспроизведения информации. Формат бумаги для печати и плотность бумаги для печати принтером аппарата.

Таким образом, современный факсимильный аппарат представляет собой сложное многофункциональное устройство, позволяющее в общем случае решать следующие задачи.

Автоматический набор номера вызываемого абонента. Включает в себя возможность сохранения имен и телефонных номеров в памяти сенсорного набора и в памяти телефонного справочника упрощенного набора, голосовой вызов с использованием сенсорного набора и телефонного справочника упрощенного набора, запись беседы по телефону.

Идентификация номера звонящего абонента. Позволяет осуществлять просмотр и обратный вызов с помощью информации о вызывающем абоненте, сохранение информации о вызывающем абоненте в памяти сенсорного и упрощенного набора.

Отправка факсов. Отправка факса вручную, групповая рассылка.

Прием факсов. Прием факса как в ручном, так и в автоматическом режиме. Получение факса, содержащегося на другом факсимильном аппарате. Предотвращение приема факсов от нежелательных абонентов.

Копирование. Позволяет производить копирование документов, находящихся на бумажных носителях. Большинство мировых производителей телефонов производят и факсимильные аппараты. Широкое распространение в России получили аппараты фирмы «Panasonic».

Раздел 19. Космическая техника

Абляционная теплозащита

Абляционная теплозащита – специальное покрытие, которое наносится на корпус возвращаемого космического аппарата и головные части воздушнокосмических средств для защиты поверхности при возвращении в атмосферу от разрушения и перегрева. Кроме того, подобное защитное покрытие наносится на внутренние поверхности ракетных двигательных установок для защиты от воздействия высокотемпературного потока продуктов сгорания. Защитная оболочка крепится непосредственно к охлаждаемой конструкции с промежуточным слоем теплоизоляции. Материалы, используемые для производства теплозащиты, должны иметь очень высокую температуру разложения и перехода в другое фазовое состояние. Широкое применение в качестве материалов нашли пластмассы на основе кремнийорганических, синтетических смол, которые содержат графит (углерод) в роли наполнителя. Вместо графита также используются кварц (двуокись кремния), карбиды металлов.

Автономная навигационная система

Автономная навигационная система – навигационная система, в состав которой входят приборы и устройства, позволяющие космическому аппарату осуществлять измерение и обработку навигационных параметров в автономном режиме. На борту космического аппарата эта система включена в состав бортового комплекса управления. В зависимости от целей и поставленных задач может подразделяться на два типа: орбитальные и межпланетные автономные навигационные системы. В состав системы могут входить следующие приборы и устройства:

  1) радиотехнические (дальномеры, высотомеры), которые применяются вблизи поверхности планеты;

  2) оптические (угломер, секстант), используются на аппаратах, осуществляющих межпланетные перелеты;

  3) инерциальные (гировертикаль, гироорбитант, гироплатформа и др.), применяются на активных участках полета для контроля ориентации аппарата в пространстве и измерении параметров орбит для коррекции траектории. Обработка результатов работы систем осуществляется бортовым цифровым вычислительным комплексом, входящим в состав бортового комплекса управления. Предусмотрена возможность ввода измерительных данных в ручном режиме экипажем, но при этом система снабжена альтернативным информационным контролем данных по результатам наземной обработки сеансной информации.

Хотелось бы отметить инерциальную навигационную систему и инерциальную систему отсчета, которые позволяют сделать процесс навигации полностью автономным. Тем не менее они могут использовать в своей работе и внешние средства навигации для коррекции местоположения. Инерциальная навигационная система осуществляет определение и регистрацию изменения направления и скорости летательного аппарата при помощи ряда акселерометров и гироскопа. Начиная с момента взлета, происходит сбор данных многочисленными датчиками, реагирующими на движение самолета, космического аппарата, с последующим преобразованием сигнала в информацию о местоположении. Во второй системе вместо механических гироскопов применяют лазерные кольцевые, представляющие собой кольцевой лазерный резонатор, имеющий два лазерных луча, распространяющихся по различным замкнутым траекториям в противоположных направлениях.

В результате наличия углового смещения возникает разность частот, которая и регистрируется в ходе работы. Обработанные навигационные данные поступают на плановый навигационный прибор, который представляет собой комбинированный индикатор: курсоуказатель, индикатор пеленга и дальности и радиомагнитный индикатор, а данные о положении в пространстве подаются на командный авиагоризонт.

Помимо описанной системы, существует система обработки и индикации пилотажных данных, которая обеспечивает непрерывное представление траектории полета. С ее помощью происходит определение наиболее экономичных с точки зрения потребления топлива значений скорости точек подъема и снижения, а также высоты полета. Система обеспечивает дополнительную автономную навигацию с момента взлета до момента приземления.

Автоматизированная система управления

Автоматизированная система управления – совокупность экономико-математических методов, измерительных устройств, средств связи, устройств отображения информации, передачи данных и организационных комплексов, которые включают в себя управляющие и управляемые объекты, работающие в автоматическом режиме и обеспечивающие рациональное управление сложным объектом. Структура и характеристики автоматизированной системы управления диктуются задачами, предъявляемыми космическому аппарату, и его конструкцией. Состоит из двух функциональных частей: наземной и бортовой. Деление функций между наземным и бортовым комплексом управления осуществляется на основании поставленных задач и с учетом возможности целевой и технической реализации.

Основными задачами, которые может решать наземный комплекс управления, являются: составление программ функционирования и управления на основе контроля и оценки состояния космического аппарата, в том числе и с помощью телеинформации; измерения параметров орбиты и прогноза движения космического аппарата с целью последующей передачи управляющей программы на борт космического аппарата для дальнейшей обработки бортовым комплексом.

Бортовой же комплекс управления, в свою очередь, должен обеспечить прием управляющей программы от наземного комплекса с целью последующей корректировки уже заложенных команд, обеспечить управление бортовой аппаратурой в соответствии с поставленными задачами и программами, принятыми с поверхности Земли. Помимо перечисленного, к функциональным возможностям бортового комплекса управления космического аппарата относится режим автоматического контроля бортовых систем и управление бортовой аппаратурой в автономном режиме. Современные комплексы создаются на основе новейших бортовых вычислительных машин.

Итак, основной задачей автоматизированной системы управления является повышение эффективности управления объектом, а в случае применения на борту космического аппарата – обеспечение безотказной и результативной работы объекта без непосредственного участия человека в процессе управления объектом.

Автоматические межпланетные станции

Автоматические межпланетные станции – космические летательные аппараты. Используются для полета к различным небесным телам и в целях изучения межпланетного космического пространства. Комплектуются различной научной аппаратурой, необходимой для исследований.

Обязательно комплектуются радио– и телекоммуникационными системами для передачи данных, полученных в ходе исследования, и изображений поверхностей небесных тел.

Для ориентации в космическом пространстве оборудуются системой астроориентации, могут снабжаться ракетным двигателем для корректировки траектории во время полета.

Автоматические межпланетные станции снабжаются солнечными батареями для обеспечения энергией всей бортовой аппаратуры станции. Серия первых автоматических межпланетных станций «Луна» рассеяла множество сомнений о возможностях человеческой расы. 2 января 1959 г. человечество отмечало очередную победу над земным притяжением. Автоматическая межпланетная станция «Луна-1» впервые достигла и превысила вторую космическую скорость, что позволило ракете весом полторы тонны покинуть околоземное пространство. Впоследствии, пролетев на расстоянии 5—6 тыс. км от поверхности Луны, космическая станция стала первым в мире искусственным спутником Солнца, обращаясь вокруг него вместе планетами и прочими небесными телами. Станция была оборудована радиоаппаратурой, 5 научными приборами и телеметрической аппаратурой для передачи результатов исследования межпланетного пространства на Землю. Станция «Луна-3» смогла совершить облет вокруг Луны и сфотографировать ее обратную сторону. Результатом полета первых трех автоматических космических станций явилось составление первых карт и Атласа видимой и обратной сторон Луны, которые и были изданы в 1960 г. Академией наук СССР. А уже 17 ноября 1970 г. станция «Луна-17» доставила на поверхность Луны первый автоматический самоходный аппарат «Луноход-1», который управлялся с Земли. Управление осуществлялось по радиолинии с помощью телевидения.

После серии автоматических космических станций «Луна» Советским Союзом были запущены автоматические станции для исследования Венеры (с 1961 г. серия «Венера»), Марса (с 1962 г. серия «Марс») и исследования космического пространства и отработки техники дальних космических полетов (с 1964 г. серия «Зонд»). Хотелось бы отметить, что «Зонд-5» был первым космическим аппаратом, который, совершив облет Луны и скорректировав траекторию на подлете к Земле, смог попасть в коридор входа и приводниться в Индийском океане, доставив обратно на Землю космических туристов – черепах, все это время находившихся на борту станции.

Другие страны не сильно отставали от СССР в освоении космического пространства автоматическими межпланетными станциями. США в 1964—1965 гг. были осуществлены 3 полета автоматических межпланетных станций «Рейнджер»; станции «Маринер» в 1962—1967 гг. использовались для облета Венеры и в 1965—1969 гг. – для исследования Марса, а также в 1971 г. – для создания первого искусственного спутника Марса.

В конце 1970-х – начале 1980-х гг. планеты Солнечной системы выстраивались таким образом, что траекторию полета космического аппарата удавалось провести мимо нескольких планет, и американцы не упустили этого шанса, запустив сразу две автоматические межпланетные станции «Вояджер».

Станции, совершив облет планет, выйдут за пределы Солнечной системы и, возможно, будут обнаружены внеземными цивилизациями и поэтому снабжены контейнером с записью обращения Курта Вальдхайма (генеральный секретарь ООН в те годы). Обращение записано на 60 языках Земли и содержит различные звуковые сообщения и изображения.

На сегодняшний день Россия планирует возвратиться к научному исследованию космоса, которое было прервано в 1991 г. Прежде всего аппараты будут использоваться для планетарного исследования Луны, Венеры и Марса.

Активная система управления ориентацией

Активная система управления ориентацией – система ориентации, входящая в состав космического аппарата и обеспечивающая выработку управляющих моментов. Принцип работы состоит в обработке показаний гиросистемы и датчиков (солнечных, звездных) с целью последующей выдачи управляющих моментов. Основными видами исполнительных устройств являются: реактивная система управления, инерционные и электромагнитные исполнительные органы. Позволяет противодействовать большим возмущающим моментам при наличии исполнительных органов достаточной мощности и изменять положение в пространстве космического аппарата или ракетоносителя.

Таким образом, эта система позволяет решать задачи программного разворота аппарата в необходимом направлении, но ее существенным недостатком является значительный расход энергии и недолговечность в сравнении с пассивной системой ориентации.

Ампульная ракетно-двигательная установка

Ампульная ракетно-двигательная установка – жидкостный ракетный двигатель, в котором используется предварительная заправка топливом. Топливные компоненты, использующиеся в таком двигателе, допускают достаточно длительное хранение и должны иметь высокую химическую стабильность и хорошие температурные характеристики замерзания и кипения, которые будут возникать за пределами температурных условий хранения и использования компонентов. В двигателях такого типа используется как вытеснительная, так и турбонасосная система подачи топлива. Ракетно-двигательные установки такого типа могут использоваться на ракете с длительным сроком боевой службы либо в космических двигателях. С целью улучшения компактности ступени или ампулы жидкостного ракетного двигателя могут быть выполнены как одно целое вместе с топливными баками.

Апогейный ракетный двигатель

Апогейный ракетный двигатель – разновидность ракетных двигателей. Основное предназначение – вывод искусственных спутников Земли с первоначальной орбиты на переходную и далее на конечную орбиту.

Атомный ракетный двигатель

Еще в 1911 г. К. Э. Циолковский указал на возможность использования в ракетных двигателях атомной энергии. В 1960-х гг. в рамках проекта «Орион», финансируемого НАСА и Комиссией по атомной энергии США, проводились исследования интересного метода получения тяги, который был основан на использовании энергии атомного взрыва. Разгон ракеты до большой скорости планировалось осуществлять при помощи создания цепочки последовательных взрывов небольших атомных зарядов, которые бы выбрасывались за ракету.

Для сглаживания воздействия взрыва предполагалось использовать специальные гасители. Но впоследствии проект был закрыт и отменен в соответствии с рядом международных договоров по использованию космического пространства и ограничению ядерных вооружений.

Барокамера

Барокамера (от греч. baros – «тяжесть» и «камера») – герметическая камера, обычно изготавливается из металла. В камере искусственно создается давление воздуха. Барокамеры подразделяются на два типа. Это камеры с пониженным давлением воздуха, вакуумные барокамеры, и повышенным – компрессионные барокамеры. В зависимости от назначения объем барокамеры варьируется от нескольких кубических сантиметров до нескольких сотен кубических метров. Барокамеры оборудованы специальной аппаратурой, которая позволяет изменять давление и поддерживать его на заданном уровне, кроме того, изменять состав воздуха внутри барокамеры.

Области применения барокамер обширны: медицина (баротерапия применяется для лечения ряда заболеваний: коклюша, бронхиальной астмы и осложнений), космонавтика, авиация (испытание и тарирование авиационных, аэрологических и метеорологических приборов, которые содержат элементы, измеряющие давление). Гипербарические барокамеры, т. е. с повышенным давлением, в медицине используются для лечения декомпрессионной болезни у водолазов, различных тренировок в условиях, приближенных к реальности (аквалангисты, водолазы). Специально созданные барокамеры позволяют проводить испытания космического оборудования в условиях, приближенных к естественным условиям перелета в космическом пространстве, т. е. в условиях воздействия таких факторов, как солнечная радиация, перепад температур, вакуум и т. д. К сожалению, очень сложно создать барокамеру большого объема с условиями, близкими к космическим (разрежение, достигаемое в больших камерах, соответствует лишь высоте около 350 км над поверхностью Земли, тем не менее это позволяет испытывать большинство узлов ракетоносителей и космических аппаратов). Необходимое разрежение в барокамере достигается посредством откачки воздуха вакуумными насосами покаскадно либо в несколько последовательных приемов, ступенями. Кроме низкого давления, барокамера позволяет создавать условия, имитирующие освещение и температуру, характерные для космического пространства. В США при подготовке полета человека на Луну были созданы специальные барокамеры, при помощи которых проводили испытание космических кораблей серии «Аполлон».

Блочный жидкостный ракетный двигатель

Блочный жидкостный ракетный двигатель – разновидность ракетных двигателей, конструктивно представляет собой несколько блоков, размещенных на одной раме. Для всех блоков используются общая система управления, автоматики и общие газовые баллоны. Используется в составе первых ступеней ракетоносителей. Позволяет увеличить тягу космического аппарата, при этом существенных изменений его длины не наблюдается. Характерными представителями являются блочные жидкостные ракетные двигатели РД-170 и РД-180 американской компании «Аэроджет», которая разрабатывает и производит различные жидкостные и твердотопливные ракетные двигатели, в том числе занимается разработкой и созданием гибридных двигательных установок.

Беспилотный корабль

Беспилотный корабль – космический корабль, который осуществляет свой полет в автоматическом режиме. 19 августа 1960 г. был осуществлен первый успешный запуск беспилотного корабля. На борту находились подопытные собаки Белка и Стрелка, мыши, насекомые и другие биологические объекты. На Землю успешно вернулся спускаемый аппарат корабля. 9 марта 1961 г. состоялся запуск корабля «ЗКА», который разрабатывался для полета человека. Полет был завершен успешно, и на Землю возвратились подопытные животные и манекен человека. В середине 1970-х гг. в Советском Союзе начался проект по разработке многоразового космического корабля. 15 ноября 1988 г. космический корабль «Буран», стартовав с космодрома Байконур, совершил свой первый и единственный беспилотный полет. За время полета он осуществил три витка и посадку недалеко от стартовой площадки. Во многом советский корабль был похож на американскую версию космического корабля «Шаттл», но имел некоторые отличия, которые можно считать принципиальными. Вместо твердотопливных ускорителей на советском корабле использовались четыре мощных жидкостных ракетных двигателя. Двигатели были расположены в донной части внешнего топливного бака. На орбитальном корабле располагались только двигатели системы маневрирования. Полет был единственным, так как из-за нехватки финансирования проект был закрыт. В Японии в 80-х гг. XX в. Национальное агентство космических исследований работало над экспериментальным орбитальным самолетом «HOPE», на начальном этапе планировалось его использование в качестве беспилотного грузового корабля.

Биологический искусственный спутник

Биологический искусственный спутник – искусственный спутник Земли, одной из основных задач которого является проведение медико-биологических исследований в процессе работы.

Биологический искусственный спутник.

В Советском Союзе медико-биологические исследования осуществлялись на высотных геофизических ракетах с 1951 г. Для проведения экспериментов использовались собаки, так как их физиология была хорошо изучена к тому времени. К тому же они легко поддавались дрессировке и спокойно чувствовали себя в биоконтейнерах. В течение всего полета поведение животного изучалось при помощи автоматической кинокамеры. Большим недостатком была кратковременность экспериментов. Так, например, состояние динамической невесомости достигалось лишь на несколько минут.

Первым орбитальным путешественником считается собака Лайка, которая перед своим полетом прошла «тренировочный курс». В Советском Союзе 3 ноября 1957 г. был запущен первый в мире биологический искусственный спутник Земли. Общий вес полезного груза, включая подопытное животное, составлял 508,3 кг.

Спутник представлял собой последнюю ступень ракеты-носителя, на которой располагалась аппаратура, а в отдельной герметичной кабине находилось подопытное животное. Спутник проработал на орбите 160 суток и за это время совершил 2370 оборотов вокруг Земли. В ходе подготовки Лайка приучалась к воздействию вибраций и перегрузок. Анализ данных после полета и сопоставление с результатами лабораторных экспериментов показали, что собака перенесла удовлетворительно полет от старта до выхода на орбиту.

Полет по орбите характеризовался состоянием динамической невесомости, было зарегистрировано постепенное возвращение частоты дыхания и сердцебиения животного к исходной величине. Таким образом, ученые отметили постепенную адаптацию биологического организма к невесомости. В последующие годы функции биологических искусственных спутников Земли выполняли различные космические аппараты, но первыми эстафету приняли спутники серии «Космос».

Биологический аспект космических исследований изучался на растениях, животных, семенах и пр. На спутниках «Космос-92», «Космос-94», «Космос-109» находились семена различных растений, а также одноклеточная водоросль хлорелла и дрожжевые клетки. В ходе серии экспериментов было установлено незначительное влияние условий космического полета, а в некоторых случаях было замечено прорастание семян. С 22 февраля по 16 марта 1966 г. ценнейшие результаты принес спутник «Космос-110». На его борту находились два подопытных животных: собаки Ветерок и Уголек. Спутник периодически находился в зоне радиационного пояса, который окружает Землю. 16 марта 1966 г. спутник успешно приземлился в заданном районе. Результаты эксперимента обогатили знания о влиянии повышенной радиационной обстановки и невесомости на биологические объекты и физиологическое состояние животных, находящихся на спутнике во время полета.

В Советском Союзе биологическими спутниками являлись некоторые спутники серии «Космос», космические аппараты серии «Бион», в США – специализированные космические аппараты серии «Биос». Многочисленные биологические эксперименты проводились на советских орбитальных пилотируемых станциях «Салют», «Мир» и американском многоразовом космическом корабле серии Space Shuttle.

Основными задачами биологических экспериментов в космическом пространстве являются:

  1) непосредственное изучение закономерностей, которыми характеризуется адаптация земных организмов к воздействию факторов космического полета;

  2) обоснование принципов и методов, применяемых для постоянного совершенствования защиты космонавтов;

  3) решение фундаментальных проблем биологии.

Бортовая медицинская аппаратура космического корабля

Бортовая медицинская аппаратура космического корабля – медицинское оборудование, находящееся на борту космического корабля и предназначенное для оказания медицинской помощи в случае необходимости, для проведения различных исследований на борту космического аппарата с целью выявления последствия воздействия длительного пребывания в космическом пространстве человеческого организма.

Большая гибкая панель солнечных элементов

Большая гибкая панель солнечных элементов – комплекс солнечных батарей, которые собраны в единое целое на некоторой панели.

При выходе космического аппарата на расчетную орбиту происходит разложение гибкой панели на всю длину, что позволяет более эффективно скомпоновать большое количество солнечных батарей в небольшом пространстве грузового отсека ракетоносителя при выводе спутника или корабля-модуля на необходимую околоземную орбиту.

Бортовая цифровая вычислительная техника

Бортовая цифровая вычислительная техника – оборудование, входящее в единый комплекс и предназначенное для обеспечения сбора и обработки данных. В процессе работы бортовой цифровой вычислительный комплекс после сбора данных со всех систем и последующей обработки выдает управляющие воздействия на бортовые системы и исполнительные органы управления. Чтобы процесс шел в реальном времени, через определенные промежутки времени необходимо прерывать работу процессора для периодического возращения процессора к решению одних и тех же рабочих задач.

В качестве примера работы бортового вычислительного комплекса рассмотрим бортовой вычислительный комплекс, который был установлен на борту космического корабля «Буран». Основные задачи по обеспечению работоспособности и сохранению безопасности экипажа определяют структуру самого вычислительного комплекса. Комплекс состоит из двух идентичных по оборудованию и структуре систем: центральной и периферийной. В состав входят четыре бортовые цифровые вычислительные машины, работа которых синхронизирована по одинаковым программам. Фактически они представляют четыре параллельно работающих канала, резервирующие друг друга. На выходе каждого имеется специальная схема сравнения, которая контролирует команды, выдаваемые каждым каналом. При отказе одной из вычислительных машин система сравнения блокирует ее выход в общий канал и вычислительная система продолжает свою работу в составе из трех функционирующих вычислительных машин. Если же еще одна машина выйдет из строя, то она также будет изолирована системой сравнения от оставшихся в работе вычислительных машин. Программная синхронизация работы четырех вычислительных машин в реальном времени является очень сложной, ее надежность оставляет желать лучшего. Поэтому в космическом корабле «Буран» использовалась не программная, а аппаратная синхронизация. Для бесперебойного функционирования вычислительного комплекса, использующего аппаратную синхронизацию, в состав комплекса входит единый кварцевый генератор, который синхронизирует работу всех четырех вычислительных машин. Синхронизация работы происходит подачей во все восемь машин сетки тактовых импульсов, имеющих одинаковый период прерывания. Сам генератор имеет пять каналов резервирования для обеспечения собственной бесперебойной работы даже при отказе двух каналов.

Помимо генератора в состав цифрового вычислительного комплекса входил накопитель на магнитной ленте (в современных бортовых системах применяются более совершенные технологии хранения данных) для хранения программного обеспечения и загрузки его в оперативную память во время полета. Помимо программного обеспечения, на накопителях может содержаться различная служебная информация для бортовых дисплеев, используемых во время пилотируемых полетов.

Бортовой комплекс управления

Бортовой комплекс управления – комплекс систем, расположенных на борту космического летательного аппарата и позволяющих осуществлять управление этим аппаратом. В состав бортового комплекса управления может входить более 50 различных систем, отвечающих за функционирование космического аппарата. Рассмотрим основные системы, которые обязательно входят в состав бортового комплекса управления космическим аппаратом. Первой является бортовая вычислительная система, которая служит для управления бортовыми системами и для координации их совместной работы. Может решать задачи автономного управления, планирования, обеспечивать связь с системой управления бортовой аппаратуры. Второй системой, составляющей бортовой комплекс управления, является система управления бортовой аппаратурой, в функциональные обязанности которой входит решение задач по управлению, контролю и диагностике состояния бортовых систем. Функционирование системы обеспечивается на основе использования данных, полученных с датчиков, функциональных выходов командной радиолинии, релейных выходов бортовой вычислительной системы, пультов управления и различных бортовых систем. Очень важной составляющей бортового комплекса управления является система управления движением и навигацией, которая совместно с комплексом управления, датчиками и исполнительными органами составляет единый комплекс по управлению движением космического летательного аппарата. Эта система позволяет решать важный комплекс задач: стабилизация летательного аппарата после отделения ракеты-носителя, ориентация в расчетных режимах, выполнение программных разворотов в любом режиме ориентации, проведение коррекции орбиты с помощью специальных двигателей, управление панелями солнечных батарей, проведение операций стыковки, расстыковки и по необходимости многие другие. Помимо перечисленных систем, в состав бортового комплекса управления входят: система бортовых измерений, предназначенная для получения и передачи на Землю информации о состоянии и работе систем, научного оборудования и состояния здоровья членов экипажа; бортовой радиокомплекс, обеспечивающий двустороннюю голосовую связь, обмен командно-программной информацией, телеметрической, телевизионной информацией. Обеспечение связи происходит через наземные комплексы или через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите.

Бустерный насос

Бустерный насос (от англ. booster – устройство, являющееся вспомогательным и применяемое для увеличения скорости либо силы действия машины или основного механизма) представляет собой механический или пароструйный вакуумный насос. Механические бустерные насосы – двухроторные насосы, в которых два вращающихся фигурных ротора при вхождении друг в друга в процессе работы создают направленное движение газа. Принцип действия струйных бустерных насосов заключается в том, что направленная струя рабочего вещества уносит молекулы газа, которые поступают из откачиваемого объема. Применяется в вакуумных системах для создания вакуума средней величины. К основным параметрам, которые характеризуют бустерный насос, относятся: предельное давление, которое может быть достигнуто насосом, быстрота откачки, допустимое (наибольшее) выпускное давление в выпускном сечении насоса.

Бустерные насосы обеспечивают вакуум порядка 10,4—10,5 мм рт. ст., быстрота откачки – до 15 м3/с.

Бустерный ракетный двигатель

Бустерный ракетный двигатель относится к классу ракетных двигателей, использующих для подачи топлива механические насосы. В этом типе ракетных двигателей применяются бустерные турбонасосные агрегаты. На сегодняшний день одним из самых совершенных двигателей считается маршевый двигатель «Шаттла» с насосной системой подачи топлива. Каждый двигатель имеет по два турбонасосных агрегата, одним из которых является бустерный турбонасосный агрегат. Бустерный насосный агрегат выполняет роль низконапорного насоса. Насос приводится в действие расширяющимся газом, в результате чего повышается давление рабочего тела перед входом его в основной турбонасосный агрегат, в котором давление повышается еще больше. Прежде чем подать жидкий кислород в камеру сгорания, большая его часть проходит через охлаждающий тракт камеры сгорания и сопла. Часть кислорода реагирует с водородом в газогенераторах основных насосов, при этом образуя богатый водородом пар, который приводит в действие насос, после чего сгорает вместе с оставшейся частью кислорода в камере сгорания. Суммарный КПД этой системы составляет порядка 98%. Производство такого типа двигателей достаточно сложно и требует огромной точности, так как они содержат элементы, вращающиеся с большой скоростью – порядка 40 000 об/мин. Применяется в качестве стартовых ракетных двигателей.

Верньерный ракетный двигатель

Верньерный ракетный двигатель – ракетный двигатель, который предназначен для обеспечения управления ракетой-носителем на активном участке. Иногда используется название «рулевой ракетный двигатель».

Вертикальный космический зонд

Вертикальный космический зонд – космический аппарат, основным предназначением которого является изучение верхних слоев атмосферы Земли и околоземного космического пространства. Работа вертикального космического зонда протекает во время вертикального подъема и спуска. Среди большого разнообразия задач космических аппаратов такого класса можно выделить следующие: получение данных о распределении высотных физико-химических характеристик ионосферы, например концентрации электронов, ионов и их энергий; изучение интенсивности солнечного и космического излучения и космических лучей, радиационных поясов и их возможного воздействия на космические аппараты и их экипажи. В октябре 1966 г. на высоту в 400 км была запущена автоматическая ионосферная лаборатория «Янтарь-1». Основной целью было исследование взаимодействия реактивной струи электрического ракетного двигателя с ионосферной плазмой. Данные, полученные в результате работы лаборатории, имели огромное значение для решения проблемы управляемого полета на высотах более 100 км при использовании электрического ракетного двигателя. В 1967 г. для изучения ионосферы и околоземного космического пространства был вертикально выведен на орбиту космический зонд. Для получения точных данных станцию изготовили из специальных материалов, а ракета-носитель после вывода на орбиту станции была уведена в сторону на большое расстояние для обеспечения чистоты окружающего космического пространства (отсутствия газовыделений). Станция была снабжена радиотелеметрической системой и аппаратурой радиоизмерения траектории.

Военный искусственный спутник земли

Военный искусственный спутник Земли – объект на околоземной орбите, основными задачами которого являются сбор и передача данных о предполагаемом противнике в центр управления, отслеживание возможных нарушений воздушного пространства, корректировка целей запущенных ракет, обеспечение бесперебойной связи в любых условиях и многие другие. Несмотря на быстрые темпы продвижения Советского Союза в области космических исследований, чувствовалось отставание от США в развитии и разнообразии военной космической программы. Первым советским разведывательным спутником стал «Спутник-4», выведенный на орбиту при помощи космического корабля «Восток-Д» 26 апреля 1961 г. В отличие от американских спутников, где обратно на Землю возвращалась лишь пленка, советские ученые использовали более крупную капсулу, что обеспечило возврат камеры вместе с пленкой. В декабре 1982 г. на орбиту был выведен спутник пятого поколения, который мог передавать данные в режиме реального времени. На орбиту спутников связи «Молния» также запускались спутники раннего оповещения «Око». Выбор орбиты позволял спутникам одновременно держать в зоне видимости американские базы баллистических ракет и советскую наземную станцию. Для обеспечения постоянного обзора этих объектов потребовалось бы запустить сразу девять спутников этой серии, и к тому же чуть позже на геостационарную орбиту были запущены спутники серии «Прогноз», выполняющие ту же задачу. В 1960—1980-х гг. Советский Союз выводил в космическое пространство противоспутниковое оружие, размещая его на орбите объекта, для экстренной ликвидации цели в случае необходимости. Для наведения на цель использовался радиолокатор, а цель ликвидировалась серией поражающих импульсов. В серию орбитальных станций, имеющих общее название «Салют», входили три станции, разработанные ЦКБМ для задач, поставленных Министерством обороны Советского Союза. Всего было запущено 3 станции: «Салют-2», «Салют-3» и «Салют-5». Экипаж станции состоял из двух человек, основной задачей которых было изучение возможностей и преимуществ космической разведки и реализация управления наземными военными объектами с околоземной орбиты. В свою очередь, США не только не отставали, но и значительно опережали Советский Союз в развитии военно-космической программы.

В период с середины 1960 по 1972 г. по программе CORONA было осуществлено 145 успешных запусков, которые позволили собрать очень интересную информацию для стратегической разведки и картографов. В 1971 г. спутник «KH-9» передал на Землю снимки большой территории с разрешением 0,6 м. С 1976 г. США начали запускать в космос спутники, оснащенные системой электронной передачи данных в режиме реального времени. В 1960 г. в США была создана противоспутниковая ракетно-ядерная система ASAT. Система начинала работать, когда цель оказывалась в пределах досягаемости. В 1994 г. была полностью введена в эксплуатацию система GPS, разработка которой велась с начала 1970-х гг. Система включает в свой состав 24 спутника, расположенных на средней высоте. Эта система обеспечивает сигналы двух уровней точности. Первый – для гражданских лиц с точностью до 30 м, а второй используется государственными и некоторыми другими организациями, обычно шифруется и дает точность определения координат до 16 м. Дифференциальная спутниковая система DGPS позволила увеличить точность до величины в 0,9 м. Другие страны активизировались в области военно-космических программ в начале 1990-х гг., что привело к серии запусков спутников, основными задачами которых является радиотехническая разведка и обеспечение военной спутниковой связи.

Дальше всех в области космических исследований продвинулась Франция, которая начала в 1980 г. финансировать разработку комбинированной военнокоммерческой спутниковой системы связи «Сиракюз», что привело 7 июля 1995 г. к запуску первого разведывательного спутника «Элиос-IA».

Воздухоподогреватель

Воздухоподогреватель – теплообменный аппарат, принцип действия которого основан на нагреве воздуха, проходящего сквозь нагревательную систему. В качестве теплоносителя применяют водяной пар, электроэнергию, горячие газообразные продукты сгорания. Конструктивно состоит из нескольких частей, а точнее: из нагревательного устройства, воздуходувки, теплообменника и систем, отвечающих за регулирование и контроль температуры горячего воздуха. По принципу действия все воздухоподогреватели можно разделить на рекуперативные и регенеративные. В первом случае теплообмен между теплоносителем и воздухом, который необходимо нагреть, происходит непрерывно через разделяющие их стенки поверхностей нагрева, а во втором – теплообмен достигается попеременно нагреванием и охлаждением металлических либо керамических насадок поверхностей нагрева.

Современные металлические воздухоподогреватели позволяют нагревать воздух до 600 °C, а при наличии керамической насадки – до 1200 °C. Могут использоваться для подачи воздуха в отсеки ракетоносителя и пусковой установки для поддержания в них определенного температурного режима.

Воздушно-ракетный двигатель

Воздушно-ракетный двигатель представляет собой комбинированный воздушно-реактивный и ракетный двигатель. При создании комбинированного двигателя руководствовались возможностью сочетать характеристики обоих типов прямоточных двигателей в одном аппарате.

Основным достоинством двигателей первого типа является их экономичность в расходе топлива, а второго типа – высокая грузоподъемность, скорость, а также отличная высотная характеристика. Комбинированный двигатель в итоге получил усредненные характеристики по высоте и скорости. При использовании системы, состоящей из двух самостоятельных двигателей, расположенных на одном аппарате, получаются более скромные выходные характеристики, нежели при применении комбинированной установки, элементы которой органически связаны между собой.

В качестве примера можно привести турборакетный двигатель (см. также «Турборакетный двигатель»).

Воздушно-реактивный двигатель

Воздушно-реактивный двигатель – реактивный двигатель, принцип действия которого основан на сжигании жидкого или твердого горючего для создания силы тяги. Окислителем в реакции горения будет являться кислород из окружающего атмосферного воздуха. Для работы двигателя необходимо чтобы воздух был в сжатом состоянии, его сжатие происходит либо непосредственно в воздухозаборнике, либо в компрессоре. Первоначальная теория воздушно-реактивных двигателей разрабатывалась советским академиком Б. С. Стечкиным. В 1929 г. была опубликована его работа «Теория воздушно-реактивного двигателя».

Воздушно-реактивные двигатели применяются в авиации для приведения в движение вертолетов, самолетов, крылатых ракет. Все воздушно-реактивные двигатели можно разделить на 3 типа в зависимости от способа сжатия воздуха. Первый тип – прямоточный. Сжатие воздуха в таких двигателях происходит непосредственно в воздухозаборнике за счет кинетической энергии набегающего потока воздуха. Основным недостатком такого типа двигателей является прямая зависимость силы тяги, а соответственно, и скорости от потока воздуха. Но так как на скоростях ниже скорости звука давление воздуха незначительно, то для достижения необходимой рабочей скорости надо использовать различные ускорители. Преимущества же заключаются в следующем:

  1) двигатель гораздо экономичнее в сравнении с ракетными двигателями, потому что окислителем служит кислород из окружающего воздушного пространства;

  2) двигатель обладает преимуществом перед турбореактивным двигателем в максимальной высоте подъема и скорости передвижения;

  3) двигатель конструктивно прост и не имеет движущихся элементов.

В настоящее время на стадии испытаний находится модернизированный прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Его планируется использовать при достижении гиперзвуковых скоростей. Основным преимуществом гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя в сравнении с обычной модификацией будет являться сверхзвуковая скорость сгорания топлива.

В пульсирующем воздушно-реактивном двигателе топливо и воздух подаются с некоторой периодичностью. Конструктивно он отличается наличием входных клапанов в камере сгорания и длинного сопла цилиндрической формы. Подача рабочей смеси происходит через входные клапаны, после чего происходит поджиг смеси при помощи свечи зажигания, установленной в камере сгорания. Клапан закрывается в результате образования избыточного давления в камере сгорания. Наиболее известным аппаратом, использовавшим в своей конструкции пульсирующий воздушнореактивный двигатель, является немецкая ракета «Фау-1». В современной авиации практически не применяется из-за низкой экономичности по сравнению с газотурбинными двигателями. Используется для силовых установок самолетов-мишеней. Турбореактивный воздушно-реактивный двигатель в своей конструкции имеет компрессор, привод которого идет непосредственно от газовой турбины. Это дает необходимый коэффициент сжатия воздуха независимо от скорости полета, что является явным преимуществом в сравнении с прямоточными двигателями. Преимуществом является большая скорость истечения газов и создания в результате большой силы тяги.

Вспомогательный ракетный двигатель

Вспомогательный ракетный двигатель – разновидность ракетных двигателей, используемых для решения каких-либо конкретных задач. Отличается небольшими размерами и маленьким весом, что позволяет добавить полезного груза на борт и сократить длину разбега на взлете.

Вспомогательный ракетный двигатель характеризуется значительно меньшим временем работы и высоким отношением тяги к начальной массе летательного аппарата. В качестве вспомогательных часто применяют твердотопливные ракетные двигатели длительностью работы до нескольких секунд и дающих тягу в несколько десятков килоньютонов, значительно реже применяются жидкостные ракетные двигатели. Основными областями применения считаются самолеты и ракеты, в том числе высотные исследовательские и крылатые ракеты. Если в ракете-носителе ступени соединены по пакетной схеме, то двигатель первых ступеней ракет-носителей часто называют стартовым или вспомогательным ракетным двигателем.

Высокочастотный ракетный двигатель

Высокочастотный ракетный двигатель – разновидность электротермического ракетного двигателя.

Газовый ракетный двигатель

Газовый ракетный двигатель – ракетный двигатель, который использует в качестве рабочего тела газ. Газ сохраняют под высоким давлением либо могут получать испарением жидких или твердых веществ. Конструктивно может быть предусмотрена возможность подогрева газа за счет электрической энергии или какого-либо другого источника тепловой энергии.

Обычно находит свое применение в качестве двигателей малых тяговых мощностей и используется в системах ориентации, системах управления пространственным положением космического аппарата, где не требуется большая мощность двигательной установки.

Газогенератор

Газогенератор (от лат. generator – «производитель») – устройство, в котором при сгорании или разложении топлива либо его компонентов вырабатывается горячий газ, имеющий температуру в пределах 200—900 °C. Газ, в свою очередь, служит рабочим телом для привода турбонасосного агрегата, работы системы управления, наддува топливных баков и пр.

В первых жидкостных ракетных двигателях, созданных в 40—60-х гг. ХХ в., использовались парогазогенераторы, которые вырабатывали смесь из водяного пара и кислорода. Смесь могла быть получена за счет каталитического разложения концентрированного водного раствора перекиси водорода.

В случае необходимости современные газогенераторы могут получать восстановительный или окислительный газ путем сжигания двухкомпонентного ракетного топлива. Часто в газогенераторах происходит совместное использование компонентов основного топлива при значениях коэффициента избытка окислительных элементов отличных от единицы. Конструктивно газогенератор состоит из смесительной головки и корпуса, который может быть неохлаждаемым или снабжаться регенеративным охлаждением. Восстановительные газогенераторы характеризуются меньшей химической агрессивностью и большей работоспособностью, а окислительные позволяют использовать их в жидкостных ракетных двигателях с дожиганием, где они обеспечивают достаточное количество газа для привода турбонасосного агрегата.

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный ракетный двигатель – ракетный двигатель ядерного типа. В реакторе газофазного двигателя вещество содержится в виде газообразного соединения урана либо высокотемпературной плазмы. Уран необходимо удерживать в активной зоне. Это удержание реализуется при помощи газодинамических или магнитогазодинамических методов. Двигатель находится на стадии теоретических изысканий и моделирования рабочих процессов. Но в теории двигатели такого типа могут характеризоваться удельным импульсом в 2000 с.

Гелиотермический ракетный двигатель

Гелиотермический ракетный двигатель – разновидность солнечных ракетных двигателей.

Использование энергии солнечных лучей в работе ракетных двигателей существенно повышает экономичность космических полетов. Ф. А. Цандер в своих работах упоминал о высокой эффективности применения солнечной энергии в ракетных двигателях. Большое внимание было уделено комбинированным установкам, сочетающим в себе принципы движения на основе солнечного паруса и гелиотермического ракетного двигателя. Фирма «Электро-Оптикол» экспериментально показала возможности высокотемпературных солнечных двигательных установок: удельный импульс, достигаемый в экспериментах, составлял около 8 км/с. Эта величина в два раза превышает показатели хороших химических ракетных двигателей при КПД преобразования солнечной энергии в необходимую энтальпию газовой струи в 60%. К сожалению, не имеется экспериментального подтверждения некоторых вопросов, которые могут оказать существенное влияние на выходные характеристики двигательной установки. Например, как изменяются характеристики солнечного ракетного двигателя при невысокой точности ориентации на Солнце. Тем не менее теоретические наработки в области гелиотермических ракетных двигателей позволяют сделать заключение о перспективности дальнейших исследований в этом направлении. По расчетам ряда исследователей, гелиотермические ракетные двигатели возможно применять не только для перевода искусственных спутников Земли с низкой околоземной орбиты на синхронную, но и при межпланетных полетах. Гелиотермический, или солнечный тепловой, ракетный двигатель считается одной из простых моделей среди большого разнообразия ракетных двигателей.

Принцип действия основан на нагреве прямыми солнечными лучами рабочего тела, которое в результате поступает в высокотемпературный теплообменник. Разогрев рабочего тела осуществляется до температуры порядка 2500 °С, в результате чего происходит его вытекание в космическое пространство, создавая реактивную силу.

Внешним параметром, который может оказать очень сильное влияние на работу двигателя, является плотность потока энергии солнечного луча, которая, в свою очередь, зависит от непосредственного положения космического аппарата в пространстве и ориентации концентратора солнечного излучения. Прототип гелиотермического ракетного двигателя прекрасно показал себя во время испытаний на стендах.

Генератор изотопный

Генератор изотопный – устройство, вырабатывающее ток с помощью термоэлектрического преобразователя из тепла, которое выделяется при распаде радиоактивных изотопов. В изотопных генераторах используется топливный блок, который представляет собой объединенные герметические ампулы, изготовленные из тугоплавкого металла, в которые заключен изотоп. За счет теплопроводности или посредством излучения происходит передача теплоты от топливного блока к преобразователям. Чтобы избежать тепловых утечек, используется теплоизоляция, которая заполняет собой пространство между преобразователями. В качестве примера материала, используемого в качестве источника тепла, можно привести плутоний-238, относящийся к веществам, период полураспада которых может составлять десятки лет. Существуют более легкие, но и соответственно более короткоживущие изотопы, например полоний-210, церий-144. Срок службы изотопного генератора напрямую зависит от периода полураспада изотопа и срока эксплуатации преобразователей.

Выбор изотопа определяется задачами космического аппарата и возможностями по установке более мощной защиты. Ведь у каждого изотопа свои параметры излучения, и для плутония-238 требуется более легкая защита, нежели для излучателя типа стронций-90.

В изотопных генераторах применяются термоэлектрические преобразователи, которые изготовлены из высоколегированных соединений полупроводников, например кремния, германия и других.

Рабочие температуры превышают 1000 °C, а отвод тепла осуществляется с холодных спаев термоэлектрических преобразователей, у которых температура не превышает 500 °C.

В качестве перспективного направления рассматривается применение термоэмиссионных преобразователей, которые характеризуются более высокой рабочей температурой, порядка 1600 °C, что естественно повлечет за собой поиск и создание высокотемпературных изотопных соединений. Наиболее рациональным считается использование изотопных генераторов при требуемых электрических мощностях в сотни ватт, но не более 1 кВт, причем срок службы будет составлять несколько лет, но не более того. Изотопным генератором «Орион-1» массой около 8 кг и изотопом полоний-210 были оснащены советские искусственные спутники Земли серии «Космос», а точнее, два аппарата из этой серии: «Космос-84» и «Космос-90». Ресурс генератора составил около 220 суток при полезной мощности до 20 Вт.

Геодезический искусственный спутник земли

Геодезический искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, который выведен на околоземную орбиту для решения задач спутниковой геодезии и выступает в роли объекта наблюдения.

Для решения задач геодезии используют данные о направлении на тот или иной спутник и расстояние до спутника. Геодезические связи между пунктами наблюдения на земной поверхности устанавливаются посредством соотношения данных, полученных при позиционных фотографических наблюдениях спутника, находящегося на высоте 4—6 тыс. км, из нескольких наблюдательных пунктов.

Для возможности проведения геодезической съемки спутниковыми фотокамерами средних размеров в качестве спутника используют баллоны диаметром в среднем 35 м, изготовленные из алюминированной пластмассовой пленки. В динамической спутниковой геодезии применяются более массивные спутники, которые запускаются на высоту до 3 тыс. км, их движение менее восприимчиво к неоднородностям атмосферы и определяется особенностями гравитационного поля Земли.

Для повышения точности позиционных наблюдений на спутники устанавливаются мощные импульсные источники света, режим работы которых управляется с Земли и контролируется кварцевыми часами, которыми специально для этих целей оборудован спутник. Это позволяет облегчить позиционные наблюдения и очень сильно повысить точность синхронизации при одновременном участии в работе нескольких станций.

Специальные приемопередатчики, участвующие в ретрансляции радиосигналов, которые посылаются на геодезические спутники наземными станциями, могут определять расстояние до спутника. Определение расстояния возможно благодаря замеру сдвига фаз принятого на станции сигнала относительно посланного. Также возможно определение расстояния путем анализа изменения частоты сигналов, посылаемых радиопередатчиками, которыми оборудован спутник. На некоторые геодезические спутники устанавливаются специальные, так называемые уголковые, отражатели. Отражатели позволяют производить измерение расстояния при помощи лазерных дальномеров. Первым геодезическим спутником считается американский спутник «АННА-1В», который был запущен в 1962 г., помимо прочего оборудования, спутник имел на борту импульсные лампы.

Геостационарный искусственный спутник земли

Геостационарный искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, выведенный на геостационарную орбиту. Геостационарная орбита – круговая орбита над экватором. Спутник, находясь на геостационарной орбите, имеет угловую скорость, равную угловой скорости обращения Земли вокруг своей оси, что позволяет ему находиться в одной и той же точке на поверхности Земли. Основную массу геостационарных спутников Земли составляют коммуникационные и телетрансляционные спутники. На перспективы использования геостационарной орбиты обратили внимание лишь после появления научно-популярной статьи Артура С. Кларка в 1945 г. в журнале «Wireless World», хотя о возможности использования геостационарных орбит говорится в трудах К. Э. Циолковского и словенского теоретика Г. Поточника. Для того чтобы казаться неподвижным из любого места на земной поверхности, спутник должен находиться на высоте 35 786 км над уровнем моря. Только эта высота над экватором может обеспечить спутнику равенство угловых скоростей и период обращения, равный сидерическим суткам, т. е. периоду вращения Земли.

Геофизический искусственный спутник земли

Геофизический искусственный спутник Земли – искусственный спутник Земли, конструкция и научное оборудование которого позволяют проводить исследование геофизических параметров планеты Земля (геомагнитное, радиационное поле, плотность атмосферы). Первым искусственным спутником такого типа можно назвать третий по счету советский спутник, запущенный в 1958 г. США в 1964 г. и последующих осуществляли запуск орбитальных геофизических обсерваторий и полярных орбитальных геофизических обсерваторий, при помощи которых проводились различные геофизические измерения, в том числе в зоне полярных сияний и в полярной шапке. Примером спутника, который в комплексе со специальной программой наблюдений на сети наземных станций позволил исследовать взаимосвязь между отдельными геофизическими параметрами и солнечно-земные связи, является «Космос-261», который был запущен 20 декабря 1968 г. Спутник проводил измерения одновременно с наблюдениями на сети ионосферных станций социалистических стран.

К особой категории геофизических спутников относятся метеорологические спутники. К классу метеорологических относятся некоторые из спутников серии «Космос» и спутники серии «Метеор». Параметры орбит метеорологических спутников позволяют обеспечить наблюдение за погодой в районах с интервалом в несколько часов. Спутники снабжаются инфракрасной и телевизионной аппаратурой, которая позволяет регистрировать изображения снежного, ледяного, облачного покровов на дневной и ночной стороне Земли. Данные, полученные со спутника, передаются на Землю через сеть наземных пунктов в Гидрометеоцентр, где они обрабатываются в автоматическом режиме. Данные, которые передает система «Метеор», существенно повышают надежность прогнозов погоды, позволяют обнаруживать мощные циклоны и тайфуны в океанах. На сегодняшний день геофизические исследования составляют неотъемлемую часть исследовательской программы любой орбитальной станции, в дальнейшем это приведет к созданию специальных геофизических орбитальных станций.

Геофизическая ракета

Геофизическая ракета – высотная ракета, используемая для исследований в области геофизики, астрофизики и других научных исследованиях.

По своей конструкции геофизические ракеты различаются в зависимости от задач, которые им предстоит реализовать во время работы. В геофизических ракетах используется два типа двигателей: жидкостные и твердотопливные ракетные двигатели. Масса ракеты колеблется от 100 кг до нескольких десятков тонн, а масса полезного груза, который могут нести на себе ракеты, составляет порядка 5% от стартовой массы ракеты. При помощи геофизических ракет проводятся измерения физических параметров верхних слоев атмосферы, их химический состав. Проводятся исследования, направленные на изучение магнитного поля Земли и рентгеновского излучения Солнца и звезд. Запуск геофизической ракеты может осуществляться с наземных пунктов и с кораблей в различных районах Земли. Некоторые американские ракеты могут использовать в качестве стартовой площадки аэростат или самолет. В Советском Союзе с 1949 г. проводились регулярные запуски в космическое пространство геофизических ракет, при помощи которых проводились регулярные исследования верхних слоев атмосферы и космоса. Геофизические ракеты поднимают на высоту 500 км и более различную научную аппаратуру весом несколько тонн. Например, ракета В2А служила для исследования верхних слоев атмосферы, фотографирования спектра Солнца и отработки системы спуска головного отсека, содержащего научные приборы, и геофизических контейнеров. На первых геофизических ракетах проводились и медико-биологические эксперименты, а также отрабатывалась методика спасения животных и аппаратуры во время возращения на Землю, в том числе плавное спускание герметизированных кабин и катапультирование с различных высот.

С 1951 г. в Советском Союзе начались первые медико-биологические эксперименты, в которых участвовали собаки. На собаках, снаряженных в герметизированные скафандры, исследовалась возможность катапультирования и последующего приземления живого существа с использованием парашютной системы.

Гироскоп

Гироскоп (от греч. gyros – «круг», и skopeo – «смотрю», «наблюдаю») – прибор, основным элементом которого является вращающееся симметричное твердое тело. Ось вращения (ось симметрии) гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Для проявления этого свойства гироскоп обычно закрепляют в так называемом кардановом подвесе, две рамки которого обеспечивают телу вращение с тремя степенями свободы, т. е. гироскоп имеет три оси возможного вращения. Ось гироскопа с тремя степенями свободы имеет уникальное свойство, которое заключается в возможности устойчивого сохранения приданного ей первоначального направления относительно инерциальной системы отсчета.

При воздействии на гироскоп внешней силой его ось начинает отклоняться не в сторону действия силы, а в перпендикулярном к ней направлении, что вызывает прецессию гироскопа. Уникальные свойства гироскопа востребованы в различных навигационных приборах.

Гироскоп применяется в различных летательных аппаратах, в том числе в самолетах, ракетах, торпедах и вертолетах для стабилизации движения. На морских судах и самолетах широкое применение нашел гирокомпас, который был создан в начале XX в. немцем Германом Аншютцом и американцем Элмаром Сперри независимо друг от друга. В этом приборе используется свойство оси гироскопа ориентироваться вдоль оси вращении Земли. Ориентирование оси происходит строго по направлению Север – Юг и не зависит от магнитного поля Земли, т. е. гирокомпас показывает истинное направление на географический полюс Земли в отличие от магнитного. Различают несколько видов гироскопов: вибрационный, лазерный и классический, который был описан выше. Существуют двухстепенные гироскопы, которые закрепляются в одной рамке.

Во время вращения платформы гироскопа возникает гироскопический момент, который стремится установить ось ротора параллельно оси вращения основания, причем он стремится это сделать максимально быстро. Лазерный гироскоп основан на использовании в своей конструкции оптического квантового генератора с плоским замкнутым контуром, где происходит циркуляция двух встречных потоков или лучей, у которых различны частоты. Отмечено, что разность частот пропорциональна угловой скорости основания. У вибрационного чувствительный элемент представлен вибрирующими массами, например, эту функцию может выполнять ротор с упругим подвесом или пластины, обладающие достаточным коэффициентом упругости.

Множество приборов и устройств используют в своей конструкции принцип гироскопа или его различные модификации для реализации тех или иных задач. В космической технике, в частности, используются гировертикаль и гироскопическая платформа.

Датчики космические

Датчик космический – прибор, позволяющий определять и отслеживать в реальном времени различные параметры космического летательного аппарата и величины, характеризующие окружающее космическое пространство.

Одним из множества различных космических датчиков является датчик ориентации – прибор, определяющий угловые отклонения осей ориентации космического аппарата от заданных направлений и скорость вращения вокруг центра масс.

Отличительными особенностями внутри класса является принцип получения и преобразования информации. При помощи позиционных датчиков определяется угловое положение космического аппарата. Их подразделяют на: датчики внешней информации, которые используют внешние ориентиры, например солнечный, звездный; датчики, работающие по радиомаяку; инерциальные, которые используют в своих расчетах свойства абсолютного углового движения осей ориентации и осей, непосредственно связанных с корпусом космического аппарата (могут работать только при вращательном движении осей ориентации в комбинации со специальными датчиками внешней информации); датчики памяти, которые могут «помнить» первоначально заданное положение; время памяти ограничено лишь технологическими параметрами, погрешностями изготовления гироприбора.

Характерным представителем датчика памяти можно считать свободный гироскоп, который является разновидностью ориентационных датчиков, полностью отделенных от космического пространства, и не требует наличия внешних источников информации.

Жидкостный ракетный двигатель

Жидкостный ракетный двигатель – разновидность химического ракетного двигателя.

В жидкостном ракетном двигателе химическая энергия топлива в камере сгорания преобразуется в тепловую, после чего в выходном сопле происходит преобразование энергии в кинетическую энергию реактивной струи газа. Первая схема летательного аппарата с жидкостным ракетным двигателем была предложена знаменитейшим русским ученым К. Э. Циолковским.

В качестве топлива для двигателя использовались жидкие углеводороды и кислород. Помимо этого, он предположил возможность подачи топлива посредством насоса, использования компонентов топлива для охлаждения двигателя.

Топливом для жидкостных ракетных двигателей могут являться унитарные (однокомпонентные), двухкомпонентные и трехкомпонентные смеси либо различные химические соединения, которые способны участвовать в реакции разложения с выделением тепла.

В однокомпонентных двигателях применяется топливо, которое, взаимодействуя с катализатором, разлагается и образует горячий газ. Они характеризуются малой величиной удельного импульса (150—250 м/с) и простотой конструкции. Например, струйные двигатели (простейшие однокомпонентные двигатели) применяются в устройствах маневрирования космонавтов, так как в этих условиях недопустимо тепловое воздействие и необходима максимальная простота конструкции. Обычно используются в составе систем ориентации и стабилизации. Чаще всего в качестве топлива применяют топливо так называемой раздельной подачи, которое состоит из двух компонентов, смешиваемых непосредственно при подаче в камеру сгорания. В качестве горючего вещества в составе двухкомпонентного топлива могут использоваться керосин, аммиак, спирты, а в качестве окислителя выступают такие вещества, как жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота.

Необходимым условием работы жидкостного двигателя является наличие системы зажигания, хотя некоторые вещества при смешивании образуют самозажигательную смесь и не требуют наличия системы зажигания.

По способу подачи топлива различают два типа двигателей: с вытеснительной подачей и с насосной подачей топлива. Для правильной работы двигателя необходима специальная система подачи топлива из баков и система автоматики, которая контролирует основные параметры работы двигательной установки. Наиболее распространенной является насосная система подачи топлива.

В начале 70-х гг. прошлого века в СССР и США начались работы над созданием трехкомпонентного двигателя, который бы позволил уменьшить объем и массу установки. Принцип работы заключается в следующем: в момент запуска двигатель работает на смеси кислорода и керосина, а затем переключается на жидкий кислород и водород. Реализация этой идеи позволяет создать одноступенчатую ракету, хотя при этом наблюдается значительно усложненная конструкция. Можно выделить несколько направлений развития жидкостных ракетных двигателей: повышение эффективности топлива, которая определяется соотношением удельного веса и создаваемой удельной тяги; поиски новых типов топлива, которые обеспечат лучшие показатели. Помимо этого, необходимо постоянно совершенствовать конструкцию двигателя – уменьшение веса, размеров, повышение надежности и, конечно, увеличение ресурса.

Зонд космический

Зонд космический – автоматический космический аппарат, иногда с возможностью дистанционного управления с поверхности Земли, основной целью которого является исследование космического пространства либо тестирование каких-либо технологических новинок. В отличие от высотных зондирующих ракет космические зонды рассчитаны на работу на расстояниях, превышающих радиус Земли. Первым космическим зондом считается «Луна-1», запущенный Советским Союзом 2 января 1959 г. Аппарат был выведен на гиперболическую орбиту относительно Земли, двигаясь по которой впоследствии прошел вблизи Луны и, покинув сферу действия тяготения Земли, стал первой искусственной планетой Солнечной системы. Дальними космическими зондами называют аппараты, выводимые на гелиоцентрические орбиты и предназначенные для исследований Луны, Марса, Венеры и других планет Солнечной системы.

В отечественной литературе название «дальний зонд» не используется, более распространены названия «автоматические межпланетные станции», «лунные станции» и т. п. «Зонд» – название серии автоматических межпланетных станций (дальних космических зондов), которые запускались Советским Союзом с 1964 г. Основное предназначение – отработка дальних космических полетов и изучение космического пространства. Первые три аппарата серии «Зонд» имели массу 950 кг. В их оборудование входила система астроориентации (по Солнцу, звезде Канопус и планете Земля), двигательная установка, обеспечивающая по мере необходимости коррекцию курса. Солнечные батареи обеспечивали энергопитание аппаратуры. Аппарат «Зонд-2» был запущен в направлении планеты Марс и оснащен сразу 6 электрореактивными плазменными двигателями, которые служили средством коррекции траектории. Последующие аппараты предназначались для отработки и совершенствования техники полетов к Луне и дальнейшего возращения на Землю. С пятым запуском аппарата серии «Зонд» была успешно опробована техника возращения космического аппарата на Землю. Со следующим запуском была отработана техника управляемого приземления, что позволило 17 ноября 1978 г. спустить «Зонд-6» в заданном районе Советского Союза.

Научные измерения на борту космических зондов реализуются с использованием различных приборов, составляющих комплекс бортовой аппаратуры, фотографических исследований. Передача данных на Землю осуществляется по телеметрическим либо телевизионным каналам, а также некоторые из аппаратов серии «Зонд», межпланетная станция «Луна-16» доставляли данные на поверхность Земли в возвращаемом аппарате. Вывод космических зондов на траекторию, в том числе и посадка, осуществляется с промежуточной орбиты искусственных спутников Земли. При помощи космических зондов были получены первые сведения о различных областях околоземного пространства Земли, исследована магнитосфера планеты. С помощью аппаратов «Луна-1», «Луна-2» открыт и исследован солнечный ветер, что имело колоссальное значение для изучения динамики магнитных бурь и изучения прочих геофизических явлений, обусловленных солнечно-земными связями. В связи с ежегодным увеличением количества запускаемых зондов была разработана и внедрена международная система регистрации и обозначения космических зондов, хотя в национальных программах исследований космического пространства часто присваиваются собственные названия «Луна», «Маринер» и т. п.

США представляли аппараты серии «Пионер». Это были автоматические космические зонды – спутники Солнца. Первым зондом США, достигшим второй космической скорости, считается «Пионер-4», запуск которого был осуществлен 3 марта 1959 г. Его траектория пролегла слишком далеко от поверхности Луны, что не позволило получить качественные фотографии. Серия «Лунар орбитер» была разработана НАСА для получения качественных изображений больших областей лунной поверхности. Все пять аппаратов, запущенных с 1966 по 1967 г., сработали на «отлично», передав на Землю первое детальное изображение почти всей поверхности Луны. Нельзя не упомянуть единственный зонд, который осуществил передачу данных исследований с ближайшей к Солнцу планеты Меркурий. «Маринер-10», совершивший три полета с 1974 по 1975 г., использовав притяжение Венеры, изменил свою орбиту и обеспечил себе траекторию движения, необходимую для последующего достижения Меркурия. Исследования показали, что поверхность Меркурия окружена безвоздушным пространством и имеет температуру, достаточную для плавления олова, цинка и свинца. Некоторые из космических зондов в ходе своей работы покидают пределы Солнечной системы, как это заложено в траектории космических зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Траектория зонда «Пионер-10» такова, что после пролета вблизи планеты Юпитер, он вышел за пределы Солнечной системы и направляется к звезде Альдебаран в созвездии Тельца, неся на себе земное послание, которое получат иные миры через 2 млн лет.

Импульсный ракетный двигатель

Импульсный ракетный двигатель – ракетный двигатель, который сообщает аппарату импульс, обусловленный кратковременным созданием значительной тяги. Режим работы такого двигателя состоит из многочисленных коротких по времени импульсов, число которых может достигать сотни тысяч. Если брать для сравнения суммарный импульс тяги, то импульсный ракетный двигатель может составить конкуренцию ракетному двигателю, который будет работать в непрерывном режиме с меньшей тягой. Неоспоримым преимуществом импульсных ракетных двигателей является возможность с высокой точностью и быстро получать необходимые значения суммарного импульса. А при непрерывной работе ракетного двигателя это осуществить гораздо труднее. Большинство импульсных ракетных двигателей относится к микродвигателям, которые являются основными ракетными двигателями реактивных систем управления космическим аппаратом.

Быстродействие, которое обеспечивает импульсный ракетный двигатель, позволяет при управлении космическим аппаратом снизить расход рабочего тела во время маневров, требующих больших затрат энергии.

Импульсный режим работы используется в многочисленных газовых ракетных двигателях, которые характеризуются неплохими динамическими характеристиками, а также в некоторых электрических ракетных двигателях.

Индукционный ракетный двигатель

Индукционный ракетный двигатель – разновидность электротермического ракетного двигателя, в котором нагрев рабочего тела осуществляется посредством воздействия высокочастотного магнитного поля, которое создается индукционной катушкой.

Питание катушки осуществляется от высокочастотного генератора, мощность которого не превышает несколько киловатт, в результате чего в объеме газа происходит образование вихревых токов. Сильные вихревые токи способны довести температуру рабочего тела до 6000 °С, одновременно при этом обеспечивая высокий удельный импульс истечения газа через сопло. К сожалению, индукционные ракетные двигатели характеризуются низкими величинами КПД и несовершенством конструкции, т. е. большой массой и наличием громоздкого электрического генератора.

Индикатор курса

Индикатор курса (от позднелат. indicator – «указатель») – прибор, который на мониторе отображает изменения курса. Использование индикатора курса позволяет снизить вероятность информационной перегрузки пилота, который во время полета вынужден одновременно контролировать не только изменения в окружающем пространстве, но и следить за показаниями многочисленных приборов. Изначально технология отображения изменений курса разрабатывалась исключительно для военной авиации. Деление осуществляется на два класса: стационарные и нашлемные индикаторы. Первоначально класс стационарных индикаторов представляли высокояркостные электронно-лучевые приборы и совмещенная с ними оптическая система, которая проецирует изображение с экрана в закабинное пространство.

В настоящее время громоздкие электронно-лучевые приборы замещаются жидкокристаллическими индикаторами. На правах экспериментальной разработки существует система, в которой изображение проецируется на сетчатку глаза летчика маломощным лазером. Класс нашлемных индикаторов представлен экранами, прикрепленными к шлему летчика, на которые осуществляется передача изображения. При помощи специальной системы отслеживается положение головы и на экранах происходит отображение соответствующей информации. Нашлемные индикаторы курса бывают монокулярными и бинокулярными.

Ионный ракетный двигатель

Ионный ракетный двигатель – ракетный двигатель, являющийся разновидностью электрических ракетных двигателей, рабочим телом которого является ионизированный газ. Конструктивно состоит из нескольких элементов: ионизатор рабочего тела, электростатическая ускоряющая система, система нейтрализации потока рабочего тела.

Первые идеи о возможности использования заряженных частиц для создания тяги были выдвинуты еще К. Э. Циолковским. Об этом же говорил и Годдард в 1906 г. Уже в 1923 г. была предложена первая конструкция ионного двигателя, после которой последовало еще несколько теоретических разработок. Распространенной является схема, использующая контактную ионизацию, появляющуюся при соприкосновении паров рабочего тела, имеющего низкие значения потенциала ионизации, с металлической поверхностью, разогретой до определенной температуры. Ускоряющая система может представлять собой два электрода с зазором около 5 мм, к которым приложена большая разность потенциалов. Нередко применяется схема, в которой в качестве положительного электрода задействованы ионы, что приводит к их ускорению сразу же после образования. Принцип работы ионного двигателя заключается в разгоне ионизированного газа электростатическим полем, в результате чего можно разогнать ионы до 200 км/с, в сравнении с 4 км/с – параметром, характеризующим химические ракетные двигатели. То есть данный тип ракетных двигателей может дать очень хороший удельный импульс, что позволяет существенно сэкономить на расходе реактивной массы газа.

Недостатком является очень слабая тяга, которая не позволяет использовать ионные двигатели в качестве стартовых, но не запрещает применять их в космическом пространстве, где за счет продолжительной работы можно добиться прекрасных значений скорости. Для использования в дальнем космосе необходимо пересмотреть систему поддержки работы двигателя для замены солнечных батарей на ядерные установки. Первый ионный электростатический двигатель был создан в 1960 г. в американском Lewis Research Centre.

В 1970-х гг. ионные двигатели успешно используются Советским Союзом в качестве навигационных двигателей на спутниках «Космос», «Метеор», «Луч». Аппаратом, обладающим маршевыми ионными двигателями, должна стать американская автоматическая станция Dawn, которая предназначена для изучения астероидов.

Искусственные спутники планет солнечной системы

Искусственные спутники планет Солнечной системы – космические аппараты, вращающиеся вокруг планет Солнечной системы на планетарных орбитах. После запуска первых искусственных спутников в околоземное пространство внимание ученых переключилось на ближайшее небесное тело к Земле – Луну.

Первым искусственным спутником Луны принято считать советскую автоматическую станцию «Луна-10», которая отправилась в дальний полет 31 марта 1966 г. Вес искусственного спутника «Луна-10» составлял 245 кг. Запуск станции осуществлялся с целью отработки системы, которая бы обеспечила создание искусственного спутника Луны и позволила детально изучить окололунное космическое пространство. 3 апреля 1966 г. автоматическая межпланетная станция «Луна-10» стала искусственным спутником Луны. Искусственный спутник Луны движется по орбитам приблизительно эллиптической формы с фокусом в центре Луны. С 1966 по 1969 г. было запущено 10 искусственных спутников Луны: пять с советской (серия «Луна») и пять с американской («Лунар орбитер») стороны.

Движение искусственных спутников Марса задается притяжением планеты Марс. 1971 г. был годом очередного сближения планеты Земля с Марсом. В этот период исследования планеты считаются наиболее эффективными. Великое противостояние Марса происходит приблизительно раз в 15 лет.

Космические державы не упустили такую возможность, и в мае 1971 г. были запущены две советские автоматические межпланетные станции «Марс-2» и «Марс-3» и американский космический зонд «Маринер-9». Все три космических аппарата впоследствии стали искусственными спутниками Марса.

Для выхода на орбиту искусственного спутника планеты аппараты были оснащены: автономной системой астронавигации, бортовым цифровым вычислительным комплексом, тормозной двигательной установкой. Автоматические станции «Марс-2», «Марс-3» и космический зонд «Маринер-9» выводились на различные орбиты, и результаты исследований были дополняющими друг друга. Одной из главных задач искусственного спутника «Марс-3» был советско-французский эксперимент под названием «Стерео», в ходе которого предполагалось детально изучить радиоизлучение Солнца.

Первыми искусственными спутниками Венеры стали советские космические аппараты серии «Венера»: «Венера-9» была запущена в 1975 г., а «Венера-10» – на 6 дней позднее. В основное оснащение спутников входили: система управления и ориентации на базе астродатчиков и бортового вычислительного комплекса; система дальней радиосвязи; система электропитания, использующая солнечные батареи для получения электроэнергии; система терморегулирования; двигательная установка, в основную задачу которой входило обеспечение перехода с межпланетной траектории на заданную орбиту искусственного спутника Венеры; разнообразная научная аппаратура для проведения исследований. Через три года был запущен американский космический аппарат «Пионер-Венера», который занял свое рабочее место на орбите в декабре 1978 г. и стал третьим искусственным спутником этой планеты. В задачи этих космических аппаратов входили: проведение научных исследований космического пространства в окрестностях Венеры, фотографирование облачного покрова в видимой и ближней УФ-области спектра, изучение свечения ночного неба Венеры.

Искусственные спутники Солнца, иначе называемые искусственными планетами, – космические аппараты, которые были выведены на орбиты вокруг Солнца, определяющим фактором движения которых является солнечное притяжение.

До 1971 г. было запущено много космических аппаратов, которые во время своей работы некоторое время являлись искусственными спутниками Солнца, так как для достижения целей эксперимента были вынуждены использовать околосолнечные орбиты.

Возможны два варианта, при которых космический аппарат покидает сферу действия Земли после движения по отрезку гиперболической орбиты, впоследствии выйдя на орбиту вокруг Солнца. Первым космическим аппаратом, который стал искусственным спутником Солнца, стала «Луна-1». Он был выведен на гиперболическую орбиту в 1959 г., на второй день после праздника Нового года. После прохождения траектории мимо планеты Луна космический аппарат «Луна-1» вышел на эллиптическую орбиту вокруг Солнца с периодом обращения 450 суток.

Другим примером являются космические аппараты, траектория которых рассчитана на пролет вблизи какой-либо планеты, в результате чего аппарат будет двигаться почти по эллиптической орбите. При сближении с планетой ее притяжение может перевести аппарат на другую эллиптическую орбиту и так далее, пока не произойдет следующее сближение с планетой. В 1974—1976 гг. были запущены немецкие космические аппараты серии «Гелиос», которые предназначены для исследования космического и околосолнечного пространства с гелиоцентрической орбиты.

Искусственный спутник земли

Искусственный спутник Земли – космический аппарат, который вращается вокруг Земли, находясь на геоцентрической орбите. Изначально слово «спутник» использовалось для обозначения советских космических аппаратов, но в 1968—1969 гг. была реализована идея по созданию международного многоязычного космического словаря, в котором по обоюдной договоренности стран-участниц термин «спутник» стал применяться к искусственным спутникам Земли, запущенным в любой стране мира.

В соответствии с международной договоренностью космический аппарат считается спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. Для того чтобы вывести спутник на орбиту, необходимо сообщить ему скорость, равную или большую первой космической скорости. Высота полета спутника может быть различной и колеблется от нескольких сот до сотен тысяч километров.

Наименьшая высота определяется наличием процесса быстрого торможения в верхних слоях атмосферы. От высоты зависит также период обращения спутника по орбите, который варьируется от нескольких часов до нескольких суток. Применяются в научных исследованиях и для решения прикладных задач. Подразделяются на военные, метеорологические, навигационные, спутники связи и др. Существуют также спутники радиолюбительские.

Если спутник на борту имеет передающую радиоаппаратуру, какие-либо измерительные приборы, импульсные лампы, используемые для подачи сигналов, то он считается активным. Пассивные искусственные спутники Земли используются для реализации ряда научных задач и в качестве объектов наблюдения с земной поверхности.

Масса спутника напрямую зависит от задач, которые предстоит реализовать объекту запуска в околоземном пространстве, и может составлять от сотен граммов до сотен тонн.

Искусственные спутники имеют определенную ориентацию в пространстве в зависимости от поставленных задач. Так, например, вертикальная ориентация используется для спутников, основной задачей которых является наблюдение объектов на поверхности Земли и в ее атмосфере.

Для астрономических исследований спутники ориентируются на исследуемые небесные тела. Возможна ориентация отдельных элементов спутника, например антенн, на земные станции приема, а солнечных батарей – в сторону Солнца.

Системы ориентации спутников делятся на пассивные (магнитные, аэродинамические, гравитационные) и активные (системы, снабженные управляющими органами).

Последние применяются в основном на технически сложных искусственных спутниках и космических кораблях.

Первым в мире искусственным спутником Земли стал «Спутник-1». Он был запущен 4 октября 1957 г. с космодрома Байконур.

Над созданием этого космического аппарата работали ведущие ученые СССР того времени, среди которых основоположник практической космонавтики С. П. Королев, М. К. Тихонравов, М. В. Келдыш и многие другие. Спутник представлял собой алюминиевую сферу, которая имела 58 см в диаметре, массу 83,6 кг. В верхней части располагались две антенны, каждая из которых состояла из двух штырей и четырех антенн. Спутник был оснащен двумя радиопередатчиками с источниками питания. Диапазон передатчиков был таким, чтобы его передвижения могли отслеживать и радиолюбители. Он совершил 1440 оборотов вокруг Земли за 92 дня. Во время полета стало возможным по изменению орбиты спутника впервые определить плотность верхней атмосферы, помимо этого были получены первые данные по распространению радиосигналов в ионосфере. Уже 3 ноября был запущен второй, биологический, спутник Земли, который на борту, помимо улучшенной научной аппаратуры, доставил на орбиту живое существо – собаку Лайку. Общий вес спутника составил 508,3 кг. Спутник был оборудован системами терморегулирования и регенерации для поддержания условий, необходимых для жизни животного.

Первым искусственным спутником СССР разведывательного назначения стал «Зенит-2», который был выведен на орбиту 26 апреля 1962 г. В комплект оборудования входила капсула для сброса фотоматериала и различная фото– и радиоразведывательная аппаратура.

США стали второй мировой державой, открывшей для себя космическое пространство, запустив свой спутник, «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 г. (по некоторым данным, 31 января 1958 г.). Запуск и разработку спутника осуществляла бригада специалистов под командованием бывшего немецкого инженера Вернера фон Брауна, создателя «оружия возмездия» – ракеты, известной под названием «Фау-2». Запуск спутника осуществлялся при помощи баллистической ракеты «Редстоун», использовавшей в качестве топлива смесь этилового спирта и гидразина (N2H4). Масса спутника составляла 8,3 кг, что в 10 раз меньше советского спутника, тем не менее «Эксплорер-1» на борту имел счетчик Гейгера и датчик атмосферных частиц.

Третьей космической державой стала Франция, запустив спутник «Астерикс-1» 26 ноября 1965 г. Австралия была следующей державой, которая заслужила право называться космической, это случилось 29 ноября 1967 г., спутник назывался «ВРЕСАТ-1». В 1970 г. сразу две державы пополнили список искусственных спутников Земли – Япония (спутник «Осуми») и Китай (спутник «Китай-1»).

Квантовый ракетный двигатель

Квантовый ракетный двигатель – ракетный двигатель, в котором реактивная струя образуется квантами излучения, фотонами. Возможно применение в межзвездных перелетах.

Коллоидный ракетный двигатель

Коллоидный ракетный двигатель – разновидность электростатических ракетных двигателей. Рабочее тело в двигателях этого типа исполнено в виде положительно заряженных микроскопических частиц, которые по размерам и массе лишь на 5 порядков превышают ионы. Разгон частиц осуществляется воздействием электрического поля. Источником таких частиц являются капиллярные трубки подачи рабочего тела, на выходе которых происходят процессы дробления и зарядки частиц. Рабочим телом могут послужить легкоплавкие металлы, например цезий или висмут, в жидком фазовом состоянии или соединения, характеризующиеся низким потенциалом выхода электронов. Кроме того, в качестве рабочего тела могут эффективно применяться органические жидкости. Теоретически такие двигатели могут превосходить ионные по плотности тяги на несколько порядков, уступая лишь по величине удельного импульса, максимальная расчетная величина которого колеблется около 40—50 км/с в зависимости от используемых материалов.

Корабль-модуль

Корабль-модуль – часть постоянно действующей орбитальной станции.

После выведения на орбиту и стыковки становится одним из отсеков станции, в котором могут проводится различные эксперименты и исследования. Советская станция «Мир» имела в своем составе 6 модулей и базовый блок, который был выведен на орбиту самым первым и выполнял функции кают и поста управления. В стенке базового блока имелась шлюзовая камера. Также он был оснащен шестью стыковочными портами для соединения с грузовыми кораблями или научными модулями.

Модуль «Квант» был выведен на орбиту и осуществил стыковку со станцией «Мир» 12 апреля 1987 г., что совпало с празднованием Дня космонавтики на Земле. Модуль имел на своем борту комплекс приборов, которые должны были обеспечить возможность наблюдения космических рентгеновских источников. Кроме этого, модуль «Квант» обеспечил возможность проводить биотехнологические эксперименты в области разработки и исследования антивирусных препаратов и фракций. Масса модуля составляла около 11 т при длине менее 6 м и максимальном диаметре в 4,15 м. Как и базовый блок, модуль «Квант» был оборудован солнечными батареями, которые обеспечивали дополнительную энергию, необходимую для работы станции. Следующим был пристыкован модуль «Квант-2». Это произошло 6 декабря 1989 г. Модуль выполнял функции дооснащения, что позволило космонавтам почувствовать себя более комфортно на станции. Кроме того, на борту второго модуля располагалось оборудование, необходимое для жизнеобеспечения станции. Также он был оснащен солнечными батареями, которые имели возможность поворачиваться.

Со временем разнообразие функциональных возможностей увеличивалось, что привело к созданию новых модулей, среди которых были модуль «Кристалл», пристыкованный к станции в 1990 г.

Модуль позволял космонавтам осуществлять различные научные исследования. Для исследования возможностей получения новых материалов в условиях невесомости модуль был оснащен специальными технологическими печами «Кратер-ВМ» и «Галлар», комплексом управления «Оникс», зеркальной печью, аппаратурой и рядом экспериментальных установок. Помимо этого, модуль выполнял функции астрофизической обсерватории при помощи установленного на его борту гамма-телескопа «Букет», УФ-телескопа «Глазар-2», магнитных и обычных спектрометров. Для проведения медико-биологических экспериментов модуль «Кристалл» был оборудован оранжереей и специальной аппаратурой.

Через пять лет после «Кристалла» был запущен модуль «Спектр», выполняющий геофизические исследования, в которые входили мониторинг атмосферы, океана и земной поверхности в целом, и различные медико-биологические исследования. Через год был пристыкован модуль «Природа», в котором можно было производить очень важные для дальнейшего освоения космоса эксперименты над человеческим организмом, который находится в условиях длительного космического перелета. К сожалению, станция была затоплена 23 марта 2001 г. в Тихом океане, ввиду окончания срока эксплуатации. Ни один модуль не был отстыкован от станции и ушел на дно вместе с ней, хотя выдвигались многочисленные проекты спасения как станции, так и отдельных модулей.

Согласно проектам имелась возможность сохранять модули, которые еще не выработали свой ресурс на орбите для дальнейшего использования в составе планируемой к выходу на орбиту станции «Мир-2». Возможно, из-за отсутствия достаточного количества средств эти проекты были отклонены, как и проект по созданию орбитальной станции «Мир-2».

В настоящее время на околоземной орбите находится Международная космическая станция, которая также использует корабли-модули для работы в них космонавтов. В состав станции входят следующие модули. «Заря», который выполняет функции грузового модуля, его масса составляет 20 т, при длине чуть более 12 м и диаметре в 4 м. В отличие от советских модулей модуль «Заря», который является совместной российско-американской разработкой, дооборудован специальной противомикрометеорной защитой, которая была добавлена по настоянию американской стороны. Расчетный срок эксплуатации функционально-грузового модуля «Заря» составляет 15 лет. Модуль «Заря» оборудован реактивными двигателями для коррекции орбиты станции в случае необходимости. Кроме того, он оснащен большими солнечными батареями, которые должны обеспечить станцию достаточным количеством энергии.

Также станция оборудована служебным модулем «Звезда», в котором располагаются системы полетного контроля и жизнеобеспечения, каюты для отдыха космонавтов. Он также является энергетическим и информационным центром орбитальной станции. Масса модуля около 24 т. Все составные части, системы и блоки, кроме бортового вычислительного комплекса, произведены российской стороной.

Корабли слежения

Корабли слежения – корабли, которые могут обеспечивать каналы связи с ракетоносителями и космическими аппаратами.

В России можно выделить две группы кораблей слежения.

К первой относятся суда, которые производят стационарные измерения, т. е. выполняют роль стационарных измерительных пунктов и передают команды и программы для управления полетом, измеряют параметры, характеризующие движение космического аппарата, а также способные принимать телеметрическую и научную информацию.

Ко второй группе относятся суда, которые обеспечивают непрерывные радиопереговоры с космонавтами и прием информации, как телеметрической, так и научной. Наиболее крупным считается флот США, состоящий из 20 кораблей слежения.

Космический лифт

Космический лифт – устройство, которое предположительно сможет осуществлять доставку грузов на планетарную орбиту либо за ее пределы.

Первое упоминание о возможности создания устройства, способного осуществить доставку на орбиту, можно найти в трудах К. Э. Циолковского в 1895 г. Его идея реализовывалась при помощи троса, который будет протянут от поверхности Земли до орбитальной станции. Предполагается, что использование космического лифта значительно сократит затраты и упростит процесс доставки на орбиту полезного груза. В настоящее время NASA финансирует разработку подъемника, способного самостоятельно двигаться по тросу, а частная фирма Liftport пытается самостоятельно достичь успеха на этом же поприще к 2031 г.

Конструктивно космический лифт должен состоять из основания, троса и подъемника с противовесом. Основание космического лифта предполагается оборудовать на поверхности планеты, где будет располагаться крепление троса, хотя есть проекты по организации основания на плавучей океанской платформе или судне.

Возможность маневрирования для уклонения от падения метеоритов, ураганов и решения прочих задач – вот основные преимущества плавучего основания.

Преимущества же стационарного основания заключаются в возможности уменьшения протяженности троса и использовании более дешевых источников энергии. Разница в длине троса, составляющая несколько километров, несущественна, но эта разница может позволить уменьшить требуемую толщину средней части. Сам трос предполагается производить из материалов, которые имеют максимальный предел прочности на разрыв.

В настоящее время существует технология производства углеродных нанотрубок, которые имеют характеристики, пригодные для использования в качестве нитей троса, но нить, сплетенная из трубок, менее прочна, чем каждый компонент в отдельности, поэтому необходимо и дальше продолжать исследования до получения новых видов составляющих компонентов либо увеличивать прочность. В марте 2004 г. достигнуты первые успехи – получены волокна длиннее нескольких сантиметров.

В конструкции подъемника есть одна серьезная проблема – это источник энергии, ведь он должен быть достаточно мощным, чтобы подъемник смог достичь верхней точки.

Основным вариантом получения энергии являются лучи энергии (лазерные, микроволновые), но они обладают рядом серьезных недостатков, которые связаны с эффективностью и диссипацией тепла на обоих концах.

Строительство космического лифта, хоть и обойдется достаточно дорого, значительно снизит расходы по доставке больших объемов груза и подразумевает долгосрочное использование. В настоящее время ракетная техника, для выведения одного килограмма полезного груза на опорную орбиту, требует затрат в тысячи долларов США, а на геостационарную орбиту – 20 тыс. долл. США.

В то же время подъем с использованием космического лифта, по теоретическим расчетам, будет стоить несколько сот долларов США за килограмм груза. Теоретически трос можно продолжить и за геостационарную орбиту, что позволит создать противовес и в то же время удлиненный трос позволит запускать со своего свободного конца грузы на другие планеты, так как он обладает значительной скоростью относительно Земли.

Космический ракетный комплекс

Космический ракетный комплекс – ракетная система, состоящая из космического корабля и разгонных блоков. В 1962 г. было начато проектирование опытного образца ракетно-космического комплекса серии «Союз». Разработка была начата ракетно-космической корпорацией «Энергия», в те времена она именовалась ОКБ-1.

Первоначальной задачей было создание космического летательного аппарата, пригодного для облета Луны.

В дальнейшем направление исследовательских работ было перенаправлено на создание трехместного орбитального корабля.

Его основным назначением должна была стать отработка операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, а также проведение различных экспериментов, в том числе изучение воздействия условий длительного космического полета на человеческий организм. Ракетно-космический комплекс «Союз» состоял из трех основных отсеков: спускаемый аппарат, он же кабина космонавтов; орбитальный отсек; приборно-агрегатный отсек.

Кроме того, имелась возможность дополнительно установить стыковочный узел, который мог быть активным либо пассивным. Внешняя поверхность корабля «Союз» была покрыта всевозможными датчиками научной аппаратуры, датчиками системы ориентации и оптическими устройствами. В стадии выведения на околоземную орбиту все устройства на внешней поверхности, во избежание повреждения, находились под защитой головного обтекателя, который впоследствии сбрасывался. «Союз» имел очень важное отличие от космических кораблей серий «Восток» и «Восход» – возможность осуществлять управление траекторией спуска. Этого можно было достигнуть посредством разворотов аппарата во время спуска по углу крена.

Первые испытания выявили ряд серьезных конструктивных недоработок, тем не менее 23 апреля 1967 г. состоялся первый запуск в пилотируемом режиме. Полет длился 27 ч, за которые космонавт, управляющий кораблем «Союз-1», полностью выполнил программу полета. К сожалению, при спуске космонавт погиб из-за неисправностей парашютной системы. К 1969 г. была завершена доработка ракетно-космического комплекса.

В дальнейшем система претерпела ряд серьезных конструктивных изменений. Корабль был переоборудован в двухместный, а также лишился систем жизнеобеспечения и солнечных батарей. Впоследствии корабль получил новый индекс «Союз-ТМ», что означало наличие новой двигательной установки, более совершенной парашютной системы, а также системы сближения.

Первый полет модифицированного корабля был совершен в 1986 г. на советскую станцию «Мир», а завершающий полет этой модификации состоялся в 2002 г. уже к другой орбитальной станции «МКС». В настоящее время российской «рабочей лошадкой» является модификация «Союз-ТМА». Корабль конструктивно изменен, улучшены условия работы космонавтов во время полетов на «МКС», улучшена парашютная система, снижена теплозащита.

Космический корабль

Космический корабль – космический аппарат, используемый для полетов по околоземной орбите, в том числе под управлением человека.

Все космические корабли можно разделить на два класса: пилотируемые и запускаемые в режиме управления с поверхности Земли.

В начале 20-х гг. XX в. К. Э. Циолковский в очередной раз предсказывает будущее освоение космического пространства землянами. В его работе «Космический корабль» встречается упоминание о так называемых небесных кораблях, основное предназначение которых – реализация полетов человека в космос.

Первые космические корабли серии «Восток» создавались под чутким руководством генерального конструктора ОКБ-1 (ныне ракетно-космическая корпорация «Энергия») С. П. Королева. Первый пилотируемый космический корабль «Восток» смог доставить в космическое пространство человека 12 апреля 1961 г. Этим космонавтом был Ю. А. Гагарин.

Основными задачами, поставленными в эксперименте, были:

  1) изучение воздействия условий орбитального полета на человека, в том числе и на его работоспособность;

  2) проверка принципов конструирования космических кораблей;

  3) отработка конструкций и систем в реальных условиях.

Общая масса корабля составляла 4,7 т, диаметр – 2,4 м, длина – 4,4 м. Среди бортовых систем, которыми был оснащен корабль, можно выделить следующие: системы управления (автоматический и ручной режимы); система автоматической ориентации на Солнце и ручной – на Землю; система жизнеобеспечения; система терморегулирования; система приземления.

В дальнейшем наработки, полученные при реализации программы космических кораблей «Восток», позволили создать намного более совершенные космические аппараты. На сегодняшний день «армада» космических кораблей очень наглядно представлена американским многоразовым транспортным космическим кораблем «Шаттл», или Space Shuttle.

Нельзя не упомянуть про советскую разработку, которая в настоящее время не используется, но могла бы составить серьезную конкуренцию американскому кораблю.

«Буран» – так называлась программа Советского Союза по созданию многоразовой космической системы. Работы по программе «Буран» начались в связи с необходимостью создания многоразовой космической системы как средства сдерживания потенциального противника в связи с началом американского проекта в январе 1971 г.

Для реализации проекта было создано НПО «Молния». В кратчайшие сроки в 1984 г. при поддержке более тысячи предприятий со всего Советского Союза был создан первый полномасштабный экземпляр со следующими техническими характеристиками: его длина составила более 36 м при размахе крыльев в 24 м; стартовая масса – более 100 т при массе полезного груза до 30 т.

«Буран» имел в носовом отсеке герметичную кабину, которая могла вместить около десяти человек и большую часть аппаратуры для обеспечения полета на орбите, спуска и посадки. Корабль был оснащен двумя группами двигателей в конце хвостового отсека и в передней части корпуса для маневрирования, впервые была использована объединенная двигательная установка, которая включала топливные баки окислителя и горючего, термостатирования наддува, забора жидкости в невесомости, аппаратуру системы управления и пр.

Первый и единственный полет космический корабль «Буран» совершил 15 ноября 1988 г. в беспилотном, полностью автоматическом режиме (для справки: «Шаттл» до сих пор совершает посадку только на ручном управлении). К сожалению, полет корабля совпал с тяжелыми временами, которые начались в стране, и в связи с окончанием «холодной войны» и отсутствием достаточных средств программа «Буран» была закрыта.

Начало серии американских космических кораблей типа «Шаттл» было положено в 1972 г., хотя ему предшествовал проект многоразового двухступенчатого летательного аппарата, каждая ступень которого была похожа на реактивный самолет.

Первая ступень выполняла функцию ускорителя, которая после выхода на орбиту заканчивала свою часть задачи и возвращалась на Землю с экипажем, а вторая – являлась орбитальным кораблем и после выполнения программы также возвращалась на место старта. Это было время гонки вооружений, и создание корабля такого типа считалось главным звеном в этой гонке.

Для запуска корабля американцы используют ускоритель и собственный двигатель корабля, топливо для которого размещено во внешнем топливном баке. Отработавшие ускорители после приземления на парашютах используются повторно, с ограниченным количеством стартов. Конструктивно корабль серии «Шаттл» состоит из нескольких основных элементов: воздушно-космический самолет «Орбитер», ракетные ускорители многоразового пользования и топливный бак (одноразовый).

Первый полет космического корабля из-за большого количества недоработок и конструктивных изменений состоялся лишь в 1981 г. В период с апреля 1981 по июль 1982 г. была проведена серия орбитальных летных испытаний корабля «Колумбия» во всех режимах полета. К сожалению, в серии полетов кораблей серии «Шаттл» не обошлось без трагедий.

В 1986 г. во время 25-го по счету запуска корабля «Челленджер» произошел взрыв топливного бака из-за несовершенства конструкции аппарата, в результате которого погибли все семь членов экипажа. Лишь в 1988 г., после внесения ряда изменений в программу полетов, был осуществлен запуск космического корабля «Дискавери». На смену «Челленджеру» в эксплуатацию был введен новый корабль «Эндевор», который осуществляет свои рейсы с 1992 г.

Космические разгонные блоки

Космические разгонные блоки – одна из ступеней ракеты-носителя. При помощи разгонного блока космический аппарат переводится с орбиты, называемой опорной, на другие околоземные орбиты либо выводится на отлетную траекторию к другим планетам.

Первым из советских разгонных блоков, позволяющих осуществлять старт в условиях невесомости, был блок «Л». Первый полет должен был состояться в 1960 г., но из-за недоработок компьютера запуск не был произведен. 12 февраля 1961 г. произошел первый успешный пуск в составе автоматической межпланетной станции «Венера-1». Разгонный блок «Л» создавался для запуска первых межпланетных станций серии «Венера», «Марс» и лунных станций «Луна-4», «Луна-13». Разгонный блок «ДМ», работающий на топливной смеси, в состав которой входит жидкий кислород и керосин, является модификацией блока «Д» космического ракетного комплекса Н1-Л3, который предназначался для полетов на Луну. Блок «Д» был четвертой ступенью в комплексе. Первые три выводили аппарат на низкую орбиту, а пятая разгоняла экспедицию к Луне. Кислородный бак выполнялся в виде сферы и оборудовался теплоизоляцией. Заправка бака осуществлялась кислородом, температура которого около -200 °C. Такая низкая температура кислорода необходима для сокращения потерь в результате испарения, ведь температура кипения жидкого кислорода – ‒183 °C. С понижением температуры увеличивается плотность кислорода и соответственно уменьшается занимаемый объем. Ракета «Протон» с разгонным блоком «Д» использовалась для запуска межпланетных станций серии «Венера» с № 9 по № 16, станций «Вега» и «Фобос», лунных станций «Луна» с № 15 по № 24. Позднее, в 1974 г., начался вывод спутников «Горизонт» и «Экран» на стационарные орбиты с использованием разгонных блоков «Д».

Все новые требования, предъявляемые межпланетными станциями и спутниками связи, привели к тому, что был внесен ряд изменений. Время активного существования увеличилось до 9 ч, и при этом сократилось количество запусков двигателя. Это позволило убрать теплоизоляцию бака двигателя и ряд блоков системы обеспечения запуска.

В настоящее время использование разгонного блока «Д» в составе комплекса «Протон» подходит к концу, но модификация «ДМ-SL» остается в составе комплекса «Зенит». На ракете «Протон» будет использоваться блок «Бриз-М», так как он использует такие же компоненты топлива, по этой же причине остается в строю блок «ДМ-SL» в составе «Зенита». Разгонный блок «Бриз-М», первый запуск которого в составе ракетного комплекса «Протон-М» состоялся 7 апреля 2001 г., обеспечивает выведение полезной нагрузки на низкие, средние, высокие орбиты, в том числе и геостационарные орбиты.

При использовании блока «Бриз-М» увеличивается до 3,3 т масса полезной нагрузки, выводимой на геостационарную орбиту Земли. Модификация, разгонный блок «Бриз-КМ», благодаря возможности многократного включения своего маршевого двигателя, позволяет использовать различные схемы выведения космических аппаратов в космос, в том числе позволяет реализовать групповой запуск на несколько различных орбит. В НПО Лавочкина был разработан разгонный блок нового поколения «Фрегат». Сфера применения – в составе ракет-носителей среднего и тяжелого классов. Может осуществлять вывод на опорные орбиты, геостационарную и геопереходную орбиты, используется на различных участках для стабилизации и ориентации. В 2000 г. произошел первый пуск «Фрегата». В 2005 г. «Фрегат» в составе ракеты-носителя «Союз-ФГ» позволил запустить межпланетную станцию «Венера-экспресс».

Что касается перспектив развития, то в настоящее время в ГКНПЦ им. Хруничева совместно с НПО «Молния» ведется разработка многоразовых ускорителей типа «Байкал» вместо универсальных одноразовых разгонных блоков. Для реализации этого проекта разгонный блок нового образца должен снабжаться системой спасения, основанной на концепции беспилотного летательного аппарата, который должен возвращаться в режиме дозвукового крейсерского полета на место старта. Необходимо оснащать разгонный блок вспомогательным воздушно-реактивным двигателем и оперением, компоновка осуществляется по аэродинамической схеме.

Для ориентации отработавшего разгонного блока перед входом в плотные слои атмосферы блоки оснащаются реактивной системой управления, после входа в атмосферу управление производится аэродинамическими органами управления. Планирование переходит в моторный полет, реализуемый воздушно-реактивными двигателями, которые могут быть установлены в носовой части многоразового ускорителя. Для посадки блок может оснащаться колесным шасси самолетного типа. Необходимо оснащать разгонный блок бортовым измерительным комплексом, который будет осуществлять сбор и передачу на космодром информации о состоянии и функционировании бортовых систем.

Первые испытания многоразовых ускорителей ракеты-носителя семейства «Ангара» на масштабных моделях были уже проведены разработчиками. Технология многоразовых разгонных блоков достаточно проста, чтобы могла быть реализована и использована при запуске ракетоносителей уже в ближайшие годы. При оптимизации конструктивно-баллистических характеристик и различных программ управления потери, вызванные применением системы спасения, не превысят 50% от массы полезного груза, выводимого на низкую круговую орбиту. Внедрение таких многоразовых разгонных блоков, помимо снижения удельной себестоимости, позволит сократить поля падения отработавших частей ракетоносителей и разгрузить производственные линии для последующей реализации других проектов.

Космические аппараты

Космические аппараты – аппараты, предназначенные для реализации различных задач в космическом пространстве, а также обеспечения возможности проведения различных исследовательских работ непосредственно на поверхности различных небесных тел. Таковыми, например, являются искусственные спутники Земли, космические корабли, орбитальные станции.

Первым космическим аппаратом можно назвать первый искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 4 октября 1957 г. Все космические аппараты можно разделить на околоземные и межпланетные. Первые движутся по геоцентрическим орбитам и не выходят за пределы гравитационного поля Земли.

По принципу управления все космические аппараты являются либо пилотируемыми (космические корабли-спутники, обитаемые орбитальные станции), либо автоматическими космическими аппаратами (искусственными спутниками планет Солнечной системы, автоматическими межпланетными станциями).

На сегодняшний день указанные примеры космических аппаратов уже созданы и успешно работают в космическом пространстве, а некоторые еще находятся в стадии проектов, как, например, транспортные космические корабли многоразового пользования и межпланетные корабли, которые могли бы осуществлять полет и высадку человека на другие планеты Солнечной системы. Спектр задач, решаемых космическими аппаратами, очень обширен. Они могут использоваться в планетных и межпланетных исследованиях (автоматические межпланетные станции и планетоходы), в метеорологических исследованиях, а космические корабли и орбитальные станции, например, обеспечивают возможность жизнедеятельности человека в космическом пространстве.

Современные космические аппараты используют различные ракетные двигатели для выведения на нужную орбиту, после чего ракетные двигатели задействуются лишь в случае необходимости (для коррекции траектории, торможение при посадке), а все остальное время работы космический аппарат движется по инерции, по законам небесной механики.

Отличительной особенностью большинства космических аппаратов считается способность длительного пребывания в условиях космического пространства и самостоятельного функционирования без непосредственного участия человека. По многим характеристикам такие аппараты похожи на естественные небесные тела, которые также движутся по общим законам механики. Многие снабжены специальными системами астроориентации, коррекции траекторий, системами регулирования теплового режима, различной бортовой аппаратурой, системой радиосвязи с Землей.

Обычно космический аппарат имеет радиационную поверхность, которая представляет собой радиатор-излучатель, обладающий большим собственным излучением тепла при малом коэффициенте поглощения. Практически все системы космического аппарата должны быть защищены от радиационного излучения, что достигается путем нанесения специальных защитных покрытий. Для защиты от мелких метеорных частиц поверхности и оптических объектов аппарата все внешние элементы покрыты специальными защитными «экранами» (имеют особую обработку поверхности).

Космические самолеты

Космические самолеты – самолеты, способные передвигаться в космическом пространстве. На сегодняшний день ярким представителем космических самолетов можно считать один из составных элементов космического корабля «Шаттл».

Воздушно-космический самолет «Орбитер» оснащен тремя двигательными установками для вывода на орбиту, системами управления и наведения и теплозащитой, которая необходима для возвращения на Землю.

Космические самолеты могут переносить экипаж и полезный груз. Габаритные размеры самолета не превышают 35 м в длину и 18 м в высоту, при размахе крыльев 23,8 м. Масса не превышает 83 т. Состоит из трех отсеков: отсек экипажа (включающий летную палубу), грузовой отсек (который может содержать космический аппарат, не превышающий 5 м в диаметре и 18 м в длину, массой до 25 т) и кормовой части (содержащей основные двигатели, вспомогательную систему электропитания и вертикальное оперение с ориентационными двигателями).

Система ориентации включает в себя 38 основных и 6 верньерных двигателей, наличие которых обеспечивает точную регулировку положения корабля.

Следует отметить интересный проект, который был реализован американской компанией Scaled Composites LLC. С 1982 г. компания ведет разработки в области создания экспериментальных летательных аппаратов. В начале 2005 г. компания выиграла конкурс Ansari X Prize, условием победы в котором было создание космического корабля, который смог бы дважды за две недели вывести в космическое пространство экипаж из трех человек. Этой компанией был создан пилотируемый суборбитальный космический корабль многоразового использования SpaceShipOne, который и выиграл этот приз. Заданный рубеж в 100 км достигается в несколько этапов, которые выводят корабль на высоту порядка 50 км, остальное расстояние он покрывает за счет инерции. Спуск же с высоты 17 км происходит при использовании принципа планера. Уникальным конструкторским решением стало применение гибридного двигателя, топливом для которого служит полибутадиен и оксид азота. Кабина сделана герметичной с многочисленными иллюминаторами из двухслойного стекла. Воздух подается тройной системой, использующей кислородные баллоны, а углекислый газ удаляется поглощающей системой, что позволяет не использовать скафандры. Продолжением станет SpaceShipTwo, который сможет переносить на своем борту до восьми пассажиров и подниматься на высоту около 140 км. Основная цель создания – космический туризм.

Космический скафандр

Космический скафандр – специальное снаряжение, которое было разработано и предназначено для изоляции человека или животного от внешней, космической, среды.

Составные части снаряжения образуют оболочку, которая непроницаема для компонентов внешней среды и позволяет внутри оболочки поддерживать необходимое давление и обеспечивать воздушное пространство для дыхания живого существа.

Исторически необходимость в создании костюмов, которые могли бы защитить человека от негативных воздействий среды на больших высотах, появилась с первыми полетами человека на летающих аппаратах, поднимающихся на высоту более 6000 км. Поднимаясь выше этой отметки, человек начинает испытывать дискомфортное состояние. Ему становится труднее дышать, так как воздух на этих высотах более разреженный, нежели ниже.

Кроме кислородного голодания, на большой высоте возникает эффект декомпрессии, т. е. пониженное атмосферное давление, а также азот, который содержится в тканях человеческого организма переходит в газообразное состояние, в результате вызывая болезненные ощущения. Эти и многие другие факторы обусловливали необходимость в создании специального костюма, который смог бы нейтрализовать неблагоприятные атмосферные условия.

Первый советский скафандр появился в 1931 г. Он был спроектирован Е. Чертовским и представлял собой герметичный комбинезон со шлемом, в котором имелось стекло для обзора. Воздух в скафандре обеспечивался внутренним наддувом.

Скафандр, по-видимому, не предназначался для проведения работ, так как не имел шарнирных соединений в локтевых и коленных суставах. «Настоящим» скафандром стала третья разработка Чертовского, которая была названа «Ч-3». Эта модель может с полным правом называться первым высотным скафандром в нашей стране.

Помимо Чертовского, разработкой скафандров занималась целая группа инженеров, которые работали в Центральном аэродинамическом институте (ЦАГИ). Возглавляли группу инженеров А. Бойко и А. Хромушкин. Ими было сделано несколько модификаций скафандров, которые обеспечивали большую подвижность рук за счет наличия плечевых шарниров.

Скафандр «СК-ЦАГИ-1», который был разработан и изготовлен за один год (в течение 1937 г.), состоял из двух составных частей: верхней, до пояса, и нижней. Обе части соединялись поясным разъемом. Оболочка скафандра стала двухслойной, что само по себе стало серьезным шагом.

В следующих модификациях была предусмотрена автономная регенерационная система, которая позволяла очищать атмосферу внутри скафандра не только от углекислого газа, но и от паров воды, которые неизбежно образовывались во время дыхания человека. Время работы этой системы составляло около 6 часов в непрерывном режиме. Первые образцы космических скафандров были разработаны в Советском Союзе в конце 50-х гг. XX в. В 1959 г. вышло специальное постановление правительства, которое ознаменовало старт работ по подготовке полетов с целью обеспечения пребывания человека на искусственном спутнике Земли. Американскими учеными в 1969—1972 гг. в ходе работы над лунной программой «Аполлон», были сконструированы специальные герметичные скафандры.

Экспериментальный скафандр состоял из 17 слоев особо прочного материала. Под внешнюю часть скафандра человек надевал спецодежду, которая была полностью пронизана сетью трубочек, обеспечивающих циркуляцию по ним воды. В качестве примера можно привести широко применяемый на сегодняшний день космический скафандр типа «Орлан», первый прототип которого был создан в Советском Союзе для безопасного пребывания и работы в открытом космическом пространстве.

Разработка скафандра осуществлялась в НПП «Звезда», перед специалистами которого была поставлена задача разработки скафандра для советской лунной программы. Первоначально предполагалось два конструктивных решения:

  1) мягкий скафандр и навесной ранец;

  2) полужесткая конструкция со встроенным ранцем.

К 1969 г. был создан скафандр «Кречет», который основывался на полужесткой схеме. После отказа Советского Союза от своей лунной программы были заморожены исследования в этой области, которые возобновились с началом работ по созданию долговременных орбитальных станций «Салют». Создание первых скафандров типа «Орлан» было обусловлено существенным недостатком, который имели уже существующие скафандры, – они были сугубо индивидуальны. Таким образом, требовалось изготавливать и запускать в космос скафандр для каждого нового члена экипажа, что было неэффективно с точки зрения ограниченных грузоподъемных возможностей кораблей «Союз» и «Прогресс». Полужесткая конструкция «Орлана» позволила сократить фактор индивидуальности до перчаток. Первый выход в космическое пространство в скафандре типа «Орлан» был осуществлен 20 декабря 1977 г. на станции «Салют-6» советскими космонавтами Г. И. Гречкой и Ю. В. Романенко. За свою историю было создано несколько модификаций и усовершенствований. За период с 1977 г. по настоящее время использовалось более 25 комплектов «Орланов» различных модификаций, часть которых сгорела вместе с последней советской станцией «Мир». Хотелось бы отметить, что любое устройство, предназначенное для использования в космическом пространстве и изготовленное по уникальным технологиям с использованием редких конструкционных материалов, невероятно дорого обходится конструкторам. Для справки, современный скафандр американских астронавтов, который по характеристикам близок к самому совершенному «Орлану-М», обходится почти в 15 млн долл. К сожалению, цену отечественного «Орлана» никто не оглашал. На сегодняшний день космические скафандры широко используются в работе космонавтов на МКС при осуществлении «вылазок» за пределы корабля.

Космическое оружие

Космическое оружие – комплекс, включающий в свой состав системы вооружения и космические средства вспомогательного характера различного принципа действия и назначения.

Отдельные системы и средства разрабатываются с целью размещения и применения в космическом пространстве на околопланетных орбитах или орбитах спутников планет. Кроме того, любая система международных мер, приводящих к разрушению космической индустрии некоторой страны, считается космическим оружием, так как подобные мероприятия заставляют страну приостановить свою экспансию в космическое пространство.

Сам термин «космическое оружие» появился в связи с первым проникновением человека в космическое пространство в середине XX в. Этот знаменательный шаг для всего человечества стал очередным этапом в развитии области вооружений. Страны, которые осуществляли запуски своих первых ракет в космос, прекрасно осознавали перспективы развития этой отрасли, которая могла обеспечить существенное преимущество перед возможным противником. Во многом этот факт и привел к возникновению так называемой холодной войны, которая развернулась между США и Советским Союзом. Космическое вооружение, как разрабатываемое, так и реально функционирующее, имеет массу существенных свойств и особенностей.

Главной особенностью этого вида оружия является огромный радиус поражения и скорость, с которой цель может быть поражена. Разместив свои системы в космическом пространстве, державы могут взять под тотальный контроль колоссальные участки земной поверхности. В скором будущем прогнозируется создание орбитальных военных баз, первые представители которых в свое время уже побывали на околоземной орбите (ряд станций серии «Салют» выполняли не только научные функции). К основным направлениям развития космического вооружения можно отнести следующее. Так же как и наземное вооружение, космическое подразделяется на активное и пассивное. К первой категории относятся следующие направления развития:

  1) уничтожение космических орбитальных баз, спутников и кораблей противника;

  2) уничтожение астероидов и других объектов, которые могут нести опасность для планеты и космических аппаратов, размещенных на околоземной орбите;

  3) поражение при помощи лучевого и ракетного оружия целей, находящихся в более удаленных частях космического пространства Солнечной системы;

  4) бомбардировка территории противника с околоземных орбит специально разработанными ядерными, и не только, бомбами, которые могут быть оборудованы лазерным и радионаведением. Кроме того, возможно физическое уничтожение вражеских космодромов;

  5) подавление радиосвязи на необходимом локальном куске территории противника;

  6) система противоракетной обороны, разработка которой активно финансируется в настоящее время американским правительством. В ее функции должно входить поражение ракет противника, находящихся на траектории подлета к цели.

К пассивным относятся следующие направления:

  1) космическая разведка, т. е. слежение за территорией противника, в которую может входить не только фотосъемка и радиоперехват, но и множество различных высокотехнологичных методов получения информации о противнике;

  2) обеспечение связи различного рода войск, координации их совместных действий;

  3) маркировка объектов, которые необходимо уничтожить (указание, корректировка местоположения цели для запущенных ракет).

Среди наиболее перспективных направлений развития пассивных и активных систем космического вооружения можно выделить создание лунных баз, так как они будут находиться в выгодном положении относительно спутников и орбитальных военных баз благодаря своему удалению от поверхности планеты и значительному сокращению средств поражения, которые могут быть использованы для их ликвидации. Эти станции могут выполнять не только функции разведки и слежения, но и множество других задач. Кроме того, современная наноэлектроника активно развивается, что в дальнейшем может привести к появлению возможности создать спутники малых размеров, не превышающие по своей величине космический мусор, которого так много на околоземных орбитах, что позволит таким объектам эффективно выполнять свои задачи, оставаясь неуязвимыми для систем поражения противника.

Среди отдаленных по времени перспектив можно выделить освоение других близлежащих планет и их спутников для развертывания на их поверхности не только колоний, но и средств их защиты, размещения активного космического оружия, которое может быть использовано в «звездных войнах».

К основным видам космического оружия, которое на сегодняшний день является наиболее актуальным, относятся следующие.

Лучевое оружие является оружием направленного действия. Делится на лазерное и пучковое. Первое представлено химическими или рентгеновскими лазерами, которые могут быть использованы для поражения спутников и ракет на старте или на траектории подлета к цели. Второе представляет собой электронные или протонные пучки высокой энергии, которые могут быть использованы для поражения различных наземных и космических целей.

Электронное оружие представлено импульсными генераторами радиоволн и импульсными зарядами со сжатием плазмы йодистого цезия. Импульсные генераторы могут быть использованы для нарушения радиосвязи противника и создания сбоев в работе вплоть до вывода из строя электронных устройств противника. Кроме того, к электронному оружию относят ядерные заряды и магнитокумулятивные импульсные заряды. Таким образом, электронное оружие используется для поражения средств связи противника и радиоэлектронного оборудования.

Тактическое оружие представлено шрапнелью ядерной и шрапнелью, которая представляет собой выброс частиц в виде шариков, в задачи которых входит уничтожение станций, ракет, спутников на орбитах.

Ракетоносители с ядерной боеголовкой. Возможно орбитальное и суборбитальное размещение. Суборбитальное подразумевает вывод на высокую траекторию, с которой в дальнейшем ракета-носитель доставит груз к точке поражения на земной поверхности.

Ядерные заряды, размещенные на орбитах, используются для массированного поражения поверхности Земли и нанесения точечных ударов с целью уничтожения определенных наземных объектов.

Кресло катапультное

Кресло катапультное – место размещения человека, управляющего летательным аппаратом во время полета, оборудованное средствами экстренного эвакуирования из кабины на случай возникновения аварийной ситуации, требующей покинуть летательный аппарат. Обязательно оборудуется устройствами катапультирования и приземления.

Принцип работы заключается в выбрасывании из летательного аппарата, после которого происходит отделение пилота от кресла и его дальнейший спуск на поверхность Земли при помощи парашюта. Выбрасывание осуществляется при помощи реактивного двигателя либо порохового заряда. Использовалось как средство эвакуации на советских космических кораблях серии «Восток» и американских «Джемини».

Кресла, используемые на «Востоках», позволяли покидать корабль и успешно приземляться с высоты до 7 км, а также экстренно эвакуироваться в случае возникновения аварийной ситуации на начальном участке полета, т. е. до высоты в 4 км. На американских космических кораблях катапультное кресло использовалось для аварийного покидания спускаемого аппарата. Помимо порохового заряда, необходимого для выбрасывания катапультного кресла из аппарата, в комплект входили парашютные системы, аварийный запас, который был неприкосновенным, специальные механизмы, задачей которых было закрепление и удержание тела космонавта в кресле, различные автоматические устройства, которые обеспечивали выполнение необходимой последовательности операций в зависимости от высоты или скорости в момент катапультирования. Также в состав спасательного комплекса, называемого катапультируемым креслом, входил скафандр или иное защитное снаряжение и запас кислорода в баллонах, а при необходимости и устройства для вентиляции скафандра.

Луноход

Луноход – советский самоходный исследовательский аппарат, способный осуществлять самостоятельное передвижение по лунной поверхности и предназначенный для исследования поверхности Луны.

Создание лунохода было результатом деятельности коллективов ученых, конструкторов, рабочих и испытателей. Это был первый опыт в создании планетоходов. В связи с развитием освоения космоса возникла необходимость создания совершенно нового типа космического аппарата, который смог бы функционировать в условиях открытого космоса на поверхности Луны. Необходимо было создать движитель с высокой проходимостью, при этом сохранив небольшую массу и энергопотребление. Научная аппаратура, размещаемая на аппарате, должна была обеспечить изучение особенностей местности, определение химического состава и физикомеханических свойств грунта Луны и многие другие задачи. 10 ноября 1970 г. с поверхности Земли стартовала советская автоматическая станция «Луна-17», и уже через неделю на поверхность Луны был доставлен автоматический самоходный аппарат «Луноход-1». Его создание навеки связано с именами двух выдающихся ученых-конструкторов советского времени – С. П. Королева и Г. Н. Бабакина.

В НИИ транспортного машиностроения предложили концепцию создания лунохода и предполагаемый технический облик, а также основные параметры и проблемы, связанные с созданием самоходного аппарата. Все эти данные были переданы в конструкторское бюро им. С. А. Лавочкина, главным конструктором которого в то время являлся Г. Н. Бабакин. Неизвестны были лунный грунт, влияние гравитации на движение, как себя поведут тяжелонагруженные пары трения в вакууме.

Для моделирования необходимых условий было создано уникальное оснащение, стенды, на которых моделировались условия работы на Луне. Был создан специальный полигон с грунтовым покрытием, который должен был имитировать поверхность Луны.

Первый советский луноход состоял из приборного отсека и колесного шасси. Его масса составляла 756 кг. Корпус герметичного приборного отсека, выполненного в виде конуса, был изготовлен из магниевых сплавов, которые характеризуются высокой прочностью и легкостью. Верхняя часть отсека выполняла терморегуляционные функции, закрывая на время лунной ночи радиатор в целях предотвращения излучения тепла из отсека. На внутренней стороне крышки были размещены солнечные батареи, которые обеспечивали подзарядку аккумуляторов, питающих электроэнергией бортовую аппаратуру.

Бортовой радиокомплекс обеспечивал двухстороннюю связь исследовательского аппарата и Центра управления на Земле. Система малокадрового телевидения передавала на Землю телевизионные изображения местности, которые позволяли с Земли управлять движением лунохода. Прекращение работы самоходного аппарата было вызвано выработкой ресурсов изотопного источника тепла, установленного на его борту. Это произошло в течение 11-й лунной ночи, с 15 по 30 сентября 1971 г., после чего аппарат поставили на горизонтальную площадку, которая обеспечила многолетнее проведение лазерной локации с поверхности Земли при помощи уголкового отражателя. «Луноход-2» был доставлен автоматической станцией «Луна-21». Были усовершенствованы бортовые системы и немного изменен состав научной аппаратуры. Это позволило повысить маневренность и выполнить больший объем научных исследований. В течение первого лунного дня «Луноход-2» передавал панорамы места посадки и изображения лунного ландшафта.

Американцами на Луне использовались самоходные транспортные средства LRV. Эти средства предназначены для управления экипажем, который могут составлять два космонавта. LRV использовался во время Лунных экспедиций Apollo-15, Apollo-16, Apollo-17. Конструкция американских луноходов предусматривает возможность загрузки лунного грунта массой не более 27 кг. Луноход достаточно компактен. Процесс складывания происходит следующим образом: передняя и задняя части ложатся на среднюю, а колеса убираются в пространство между секциями.

Луноход оборудован четырехколесным движителем с индивидуальным приводом колес. Энергопитанием луноход обеспечивают две серебряно-цинковые аккумуляторные батареи. Каждая из батарей обеспечивает суммарный пробег лунохода не менее 180 км. Американские космонавты Скотт и Ирвин были первым экипажем лунохода LRV. В задачи космонавтов входили геологические исследования, проведение сейсмических замеров, фотографирование местности и сбор образцов горных пород.

Магнитогазодинамический двигатель

Магнитогазодинамический двигатель – электрический ракетный двигатель, в котором в качестве рабочего тела используется газ. Разгон рабочего тела осуществляется под действием магнитного поля Земли. По режиму работы представляет собой стационарный электрический ракетный двигатель, т. е. способной работать в непрерывном режиме. Разгон рабочего тела производится в прямоугольном канале. Канал изготовлен таким образом, что две его стенки представляют собой электроды, а две другие стенки являются изоляторами. В итоге мы получаем электрическое поле, под действием которого происходит возбуждение электрического тока внутри плазмы.

Внешняя магнитная система, полюса которой расположены за стенками электроизоляторов, обеспечивает наличие в ускорительном канале магнитного поля. Ориентация полей перпендикулярная. Ресурс магнитогазодинамических двигателей зависит от стенок канала, так как они во время работы подвергаются большим тепловым нагрузкам. Для изготовления электродных стенок обычно используют вольфрам, а керамические стенки являются изоляторами.

Для снижения тепловой нагрузки в конструкции двигателя предусмотрено охлаждение регенеративным или транспирационным способом.

Магнитоплазмодинамический двигатель

Магнитоплазмодинамический двигатель – электрический ракетный двигатель, в котором роль рабочего тела выполняет плазма. Магнитное поле Земли, взаимодействуя с электрическим током в плазме, обусловливает возникновение силы Лоренца, которая, в свою очередь, обеспечивает разгон рабочего тела. Электрические ракетные двигатели, использующие для разгона рабочего тела магнитное поле, отличаются тем, что создают малые ускорения, но их преимуществом являются хорошие показатели продолжительности непрерывной работы. В 1988 г. был проведен эксперимент под названием «Плазма», в ходе которого проверялась эффективность использования плазменных электрических ракетных двигателей на искусственных спутниках Земли. Помимо этого, исследовалось помеховое воздействие плазменного двигателя на работу аппаратуры космического аппарата и влияние на радиосвязь. При сравнении с другими электрическими ракетными двигателями сильноточный плазменный двигатель, работающий в стационарном режиме, имеет ряд преимуществ. Он может обеспечивать высокий уровень тяги при КПД не меньше 50% и обеспечивать скорость истечения порядка 10 км/с. Если же в качестве источника энергии использовать солнечную батарею, что технически реализуемо, то это дает серьезное преимущество перед остальными двигателями. Перечисленные преимущества магнитоплазмодинамического двигателя позволяют в перспективе рассматривать его в качестве маршевого ракетного двигателя, особенно если космический аппарат будет оборудован солнечными батареями либо другими низковольтными энергоустановками мощностью не менее 100 кВт.

Малая орбитальная станция

Малая орбитальная станция – космический аппарат, который рассчитан на долговременное пребывание в космическом пространстве на околоземной орбите или на орбитах вокруг других планет.

Первые успешные эксперименты по автоматической стыковке космических объектов открыли перспективы создания больших космических станций и их обслуживания. Первым шагом к созданию орбитальной станции стала разработка серии многоместных пилотируемых космических кораблей «Союз». Эта программа предполагала осуществлять исследование околоземного космического пространства и создание обитаемых орбитальных станций. Промежуточным итогом работы ученых и конструкторов стала первая экспериментальная орбитальная станция. 16 января 1969 г. была образована пилотируемая экспериментальная станция, на борту которой находился экипаж из четырех человек. После выведения на орбиту двух кораблей серии «Союз», это были «Союз-4» и «Союз-5», была проведена их стыковка в космическом пространстве. В процессе сближения «Союз-5» был «пассивен», а «Союз-4», снабженный активной системой стыковки, осуществлял стыковку. Нельзя не упомянуть, что начиная с расстояния в 100 м управление космическим кораблем осуществлял летчик-космонавт В. А. Шаталов. Стыковка была выполнена безукоризненно. Суммарный вес станции составил 12 924 кг. Станция имела четыре отдельных жилых помещения, и в результате стыковки специальных электрических разъемов была создана общая электрическая сеть.

Во время работы станции были проведены разнообразные научно-технические, медико-биологические исследования. Кроме того, космонавтами осуществлялись наблюдения за объектами земной поверхности и небесными светилами. Впервые космонавтами был осуществлен выход в открытый космос, продолжительностью 37 мин, в результате чего экипажи (космонавты А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов) перешли в космический корабль «Союз-4». Время «жизни» станции составило 4 ч 34 мин, после чего корабли были расстыкованы и продолжили раздельный полет.

Марсоход

Марсоход – космический аппарат, предназначенный для исследования поверхности планеты Марс.

В 1996—1997 гг. НАСА реализовывало космическую программу Mars Pathfinder по исследованию планеты Марс и ее поверхности. На поверхности работал марсоход Sojourner. В его задачи входило получение фотографий марсианской поверхности, проведение различных исследований, в том числе и метеорологических. Были изучены пробы грунта, при помощи спектрометра определялся состав пород. Запуск аппарата полной массой 895 кг и размерами 1,5 × 2,65 м состоялся при помощи ракеты-носителя «Дельта-2» 4 декабря 1996 г. Ровно через семь месяцев, 4 июля 1997 г., произошла высадка марсохода на поверхность. Несмотря на то что в самом начале произошла потеря радиосвязи, уже через некоторое время были получены первые данные этого уникального эксперимента. На Землю была передана марсианская метеорологическая сводка. Июльская температура воздуха на Марсе составляла -25 °C. Через 2 дня марсоход приступил к научным исследованиям. Были взяты пробы грунта, и в этот же день была осуществлена передача видеосъемки окружающего пространства, сделанной при помощи камеры спускаемого аппарата. Посадочный аппарат был оборудован солнечными батареями общей площадью более 2,8 м2, фотокамерой, которая могла производить стереоснимки и была оборудована 12 светофильтрами для последующего формирования цветного изображения, многочисленными датчиками, такими как датчик атмосферного давления, измерения температуры окружающей среды, измерения скорости ветра и пр.

Работа аппарата полностью управлялась компьютером. Марсоход для передвижения по поверхности имел 6 колес, каждое из которых могло вращаться независимо от других, его ширина составляла чуть более полуметра, высота – около 30 см. Sojourner был оснащен лабораторией для определения химического состава грунта, несколькими телевизионными камерами и солнечной батареей площадью 0,2 м2.

Мощность батареи была рассчитана на работу аппарата по нескольку часов в день в пасмурную погоду. Помимо солнечной батареи для поддержания необходимой температуры электронного блока марсоход был снабжен тремя радиоизотопными элементами. В последний раз сеанс связи с аппаратом был произведен 27 сентября 1997 г., хотя вплоть до 7 октября аппарат отправлял сигналы, не содержащие данных. Всего за время эксперимента было сделано более 16 тыс. снимков камерой посадочного аппарата и около 550 снимков марсохода.

В настоящее время на поверхности планеты Марс работают два марсохода – Spirit и Opportunity. Оба были доставлены на поверхность Марса в январе 2004 г.

Марсоход Spirit оснащен буром, несколькими камерами, микроскопом, двумя спектрометрами и солнечными батареями, которые обеспечивают электроэнергию для питания бортовой аппаратуры. Масса составляет 185 кг. Марсоход оборудован сервоприводами, которые расположены на каждом из передних и задних колес. Поворот колес осуществляется при помощи специальных электромоторов.

Запуск был совершен 10 июня 2003 г., и уже 4 января 2004 г. марсоход совершил посадку на Марсе. Через 21 день к нему присоединился второй марсоход Opportunity. 9 марта 2004 г. в кратере Гусева были обнаружены доказательства, подтверждающие возможность наличия на красной планете жидкой воды.

Маршевый ракетный двигатель

Маршевый ракетный двигатель – основной двигатель ракеты, который позволяет разогнать ее до необходимой скорости, например до первой космической скорости.

Межпланетные станции

Межпланетные станции – космические аппараты, которые используются для полетов в космическом пространстве в целях его изучения.

Все межпланетные станции по принципу управления делятся на два типа: управляемые и автоматические межпланетные станции.

Комплектация станций осуществляется в зависимости от целей полета, но в обязательном порядке современные межпланетные станции комплектуются радио– и телекоммуникационными системами для передачи данных и различных изображений, которые станции непрерывно фиксируют и после обработки передают на Землю.

Ориентация станции в пространстве осуществляется системой астроориентации, помимо которой станция обязательно комплектуется ракетным двигателем, обеспечивающим возможность корректировки траектории во время полета (см. также «Автоматические межпланетные станции», «Космический корабль»).

Многоступенчатая ракета

Многоступенчатая ракета – ракета, которая состоит из двух и более ракетных ступеней.

Для создания большой ракеты конструкторы пошли по пути добавления и объединения нескольких отдельных ступеней. Каждая ступень снабжена индивидуальной двигательной установкой, системой управления и при необходимости другими дополнительными системами. Каждая из ступеней создана и оптимизирована для определенного участка траектории полета ракеты. После полного выгорания топлива в ступени происходит ее отбрасывание. Самая первая ступень, как правило, является самой мощной и тяжелой и используется для подъема ракета в плотных слоях атмосферы.

Существует несколько типов компоновки ступеней: последовательная, параллельная и комбинированная. Последовательная компоновка заключается в том, что запуск, работа и отделение ступени происходят лишь до запуска последующей.

На сегодняшний день большая часть военных и космических ракет является двух– и трехступенчатыми ракетами последовательной компоновки. Параллельная компоновка – это когда запуск и работа ступеней, которых может быть две и более, осуществляется одновременно. Ее применение обусловлено необходимостью получения дополнительного ускорения, тяги в плотных слоях атмосферы. Примером такой компоновки могут послужить ракетоносители американского «Шаттла» и российского «Союза». В них ускорители и двигатели основной ступени работают одновременно в течение первых нескольких минут полета и впоследствии отбрасываются. Уникальной является полутораступенчатая компоновка, используемая в американской ракете «Атлас», изначально разрабатываемой как баллистическая ракета и в дальнейшем нашедшей применение в исследованиях космического пространства. Ракета имеет два ускорителя, срабатывание которых происходит спустя несколько минут после старта, и маршевый двигатель. Подача топлива для ускорителей и маршевого двигателя происходит из общих топливных баков.

Мультимедийный купол (multimedia dome)

Мультимедийный купол (Multimedia Dome) – сферический купол, в котором человека, находящегося внутри, со всех сторон будет окружать изображение и звук.

Одним из самых совершенных на сегодняшний день признан мультимедийный купол, созданный немецкими инженерами Института компьютерной архитектуры и высоких технологий Фраунхофера и инженерами Института цифровых медиатехнологий Фраунхофера. Новинка была представлена в сентябре 2006 г. на международной выставке бытовой электроники в Берлине. Изображение формируется шестью видеопроекторами, которые управляются при помощи персональных компьютеров, пять из которых отвечают за формирование картинки по кругу и один используется для формирования картинки в зените. Изображение получается по всей поверхности купола, в том числе и над головой зрителя. Проекция настолько совершенна, что не заметны швы состыковки картинок, отсутствуют геометрические искажения. Создается полноценное ощущение пребывания в каком-либо месте, например в лесу на поляне или в центре мегаполиса в час пик. Качество звука многократно превосходит по реальности звук, получаемый в кинотеатрах. Столь высокого качества удалось добиться благодаря установленным громкоговорителям, которых насчитывается не менее сотни штук. С помощью такой звуковой системы можно обеспечить «передвижение» звука вслед за перемещениями зрителя. Эта технология хорошо описана писателями-фантастами. Подобные купола использовались на космических кораблях для проекции карты звездного неба и прокладки курса во многих фантастических рассказах.

В настоящее время космические технологии еще не достигли уровня, о котором так хорошо было написано в рассказах, но тем не менее в будущем мультимедийный купол или его последующие модификации смогут пригодиться при создании звездолетов, направляемых в далекие космические экспедиции.

Орбитальные станции

Орбитальные станции – космические аппараты, которые также могут быть либо пилотируемыми, либо работающими в автоматическом режиме. Эти космические аппараты рассчитаны на длительное пребывание на орбитах вокруг Земли, Луны и других планет.

На сегодняшний день актуальны два способа доставки орбитальных станций на орбиту: в собранном виде или монтаж в космосе после вывода на орбиту вокруг планеты. На орбитальных станциях при постоянном сотрудничестве ученых и космонавтов проводятся исследования планеты Земля и околоземного космического пространства, различные медико-биологические, физические эксперименты и другие работы. Первенство в запуске орбитальных станций снова оказалось за СССР. С 19 апреля по 11 октября 1971 г. находилась на орбите долговременная станция «Салют». Ее полет состоял из нескольких этапов. Первый этап заключался в совместном полете станции с кораблем «Союз-10». За время полета была проведена проверка работ усовершенствованных систем, которые должны были обеспечить стыковку и расстыковку корабля и станции, причаливание, сближение и безупречное выполнение многих других операций. Задачей второго этапа, который начался 6 июня, являлось проведение комплексных научно-технических и медико-биологических исследований. Основные медико-биологические исследования были направлены на выяснение возможностей длительного пребывания человеческого организма в полете. Эти исследования являлись крупным вкладом в дальнейшее развитие длительных орбитальных станций. 7 июня 1971 г. в 10 ч 45 мин космонавты Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Панацаев стали первыми обитателями орбитальной научной станции. Так была решена первостепенная задача по доставке экипажа транспортными кораблями на борт орбитальных станций. Впервые с участием человека были проведены астрономические исследования при помощи астрофизической обсерватории «Орион». Продолжительность полета экипажа в корабле и на станции составила около 570 ч. С 1971 г. были запущены 7 орбитальных станций «Салют», орбитальная станция «Мир» (СССР) и орбитальная станция «Скайлэб» (США).

В настоящее время на орбите находится международная космическая станция, представляющая собой достаточно крупную космическую лабораторию. Еще в 1984 г. американский президент Рональд Рейган объявил о старте работ по созданию США собственной орбитальной станции, но к началу 1990-х гг. эта программа заморозилась из-за отсутствия достаточного количества финансов. Россия же в начале 90-х гг. ХХ в. планировала создание еще одной космической станции – «Мир-2» (в это время на орбите уже функционировала станция «Мир», созданная Советским Союзом и выведенная на орбиту в 1986 г.), но также столкнулась с недостатком финансовых средств.

В связи с экономическими трудностями страны бывшие конкуренты пришли к общему решению о создании международной космической станции. 17 июня 1992 г. между США и Россией было подписано соглашение о сотрудничестве. В соответствии с соглашением была разработана совместная программа космических исследований.

В итоге в марте 1993 г. генеральным директором Российского космического агентства и генеральным конструктором НПО «Энергия» была предложена идея создать Международную космическую станцию. Эта идея была принята руководителем НАСА. В 1995—1996 гг. утверждается эскизный проект и конфигурация станции.

Станция состоит из двух сегментов: российского и американского с участием стран – членов Европейского космического агентства, Бразилии, Канады, Японии и Италии. Следующий этап – 1998 – июль 2000 гг. – доставка на орбиту первых трех модулей: двух российских и одного американского. 2 ноября 2000 г. на борт международной космической станции прибывает экипаж первой основной экспедиции. К полному окончанию строительства масса станции достигла 470 т.

По соглашению сторон российский экипаж состоит из трех человек и имеет право постоянно работать в своем сегменте, в американском сегменте четыре астронавта других стран, участниц программы, делят время в соответствии с вкладом в строительство орбитальной станции. На станции постоянно проводятся исследования космоса, атмосферы и поверхности Земли, осуществляются различные медико-биологические эксперименты, в том числе направленные на изучение поведения человеческого организма в условиях длительного пребывания в космическом пространстве. Помимо различного рода исследований на станции разрабатываются современнейшие технологии получения новых материалов, проводится анализ свойств полученных материалов и биопрепаратов.

Планетоход

Планетоход – транспортное средство, приспособленное для работы на поверхности планет и других небесных тел в различных климатических условиях при гравитации, отличной от земной.

В качестве транспортных средств, доставляющих планетоходы к месту работы, используются космические корабли.

К конструкции планетохода предъявляются следующие требования: высокая стойкость к вибрационным, ударным и линейным перегрузкам, по мере необходимости оборудование планетохода устройствами конвертирования ходовой части и спуска на поверхность исследуемого небесного тела. Планетоходы разрабатывались для проведения новых экспериментов уже на поверхности планет Солнечной системы, к тому же изучение некоторых небесных тел довольно трудно проводить с помощью орбитальных аппаратов либо вообще невозможно. Ярким примером может послужить непрозрачная атмосфера Венеры.

Главным источником, дающим хоть какие-то сведения о поверхности Венеры, являются радиолокационные методы. Задачи, которые предстоит решать аппаратам, во многом схожи с задачами орбитальных исследовательских станций. Это получение, обработка информации о поверхности планеты, ее недрах и условиях окружающей среды и последующая передача результатов на Землю.

Наиболее эффективными могут считаться необитаемые планетоходы с автоматическим или дистанционным управлением, либо для выполнения специальных исследовательских программ обитаемые планетоходы, которые должны снабжаться специальной герметичной кабиной, позволяющей создать нормальные климатические условия, пригодные для работы человека в течение длительного времени.

Основным преимуществом необитаемых планетоходов является отсутствие опасности для человеческого организма на начальных стадиях исследования планет. Очень важным в конструкции планетохода является выбор типа движителя, которым будет оснащаться планетоход.

Из всех типов движителей большим вниманием пользуются колесное и гусеничное исполнение движителя. Колесные планетоходы, в свою очередь, имеют небольшое преимущество перед гусеничными. Они могут использоваться в более широком диапазоне грунтов, обеспечивают возможность создания тягового усилия и в ведущем, и в тормозном режиме работы, имеют более высокий КПД за счет возможности регулировать электроприводом режимы работы и добиваться большей эффективности и, кроме всего перечисленного, имеют большую проходимость и увеличенный срок службы.

Гусеничные имеют большее преимущество при использовании в условиях слабонесущих грунтов: высокий запас силы тяги на слабонесущих грунтах и более низкое удельное давление на поверхность.

Родоначальником направления шагающих движителей является П. Л. Чебышев с его стопоходящей машиной. Для этого класса движителей характерны такие недостатки, как отсутствие управления высотой машины, отсутствие возможности выбора точки опоры. В поисках наиболее эффективного варианта многие конструкторы создавали гибридные образцы. Попытки сочетать в одном механизме принципы качения и шагания привели к созданию американской фирмой «Вагнер» опытного образца колесно-шагающего движителя типа Го-девиль. Колеса, установленные на продольных рычагах подвески, могли поворачиваться на 360°. При вращении рычагов корпус агрегата описывает траекторию движения рычага. Другой разновидностью является движитель типа Пади-вагон. Движитель представляет собой четыре трехкатковых колеса. В первом режиме колеса находятся в заторможенном режиме, и перемещение происходит за счет вращения катков. Шагающий режим реализуется заторможенностью катков, и вращающиеся колеса реализуют шагание аппарата. Громоздкость – вот основной недостаток движителя такого типа.

В зависимости от несущего элемента планетоходы делятся на рамные и планетоходы с кузовом в качестве несущего элемента. Применение рамного планетохода оправданно, если необходимо снизить металлоемкость конструкции или упростить ее. Кузовное исполнение можно использовать при создании планетохода с герметичной кабиной или крупным контейнером.

Одной из сложнейших технических проблем является обеспечение электроэнергией планетохода в течение длительной космической экспедиции. В настоящее время в космических аппаратах используются следующие источники энергии: аккумуляторные и солнечные батареи, их комбинации и радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Неотъемлемой частью любого планетохода является система управления движением, которая предназначена для изменения положений аппарата, находящегося в условиях неупорядоченной внешней среды.

Эта система должна выполнять функции по сбору внешней информации, ее дальнейшей оценки и после выработки решения выдать команды на исполнение решения. Системы управления делятся на интерактивные (человек участвует в работе системы управления) и автономные. Первые, в свою очередь, подразделяются на дистанционные, программные и автоматизированные, которые работают при непосредственном контроле человека. Автономные делятся на программные, работающие по типовым программам, оптимальные и адаптивные.

Более целесообразно применять комплекс, включающий в себя несколько различных систем управления. Например, наличие дистанционной системы управления, которая реализует управление аппаратом по радиоканалу дальней связи, пригодится в случае неполадок автоматической системы управления.

Первым представителем исследовательских планетоходов явился «Луноход-1» (см. также «Луноход»).

Пороховой ракетный двигатель

Пороховой ракетный двигатель – ракетный двигатель, использующий в качестве топлива порох, который, сгорая, образует реактивную струю, создающую тягу. Прообразом порохового ракетного двигателя являлись боевые ракеты, применяемые в Китае и Индии во время боевых действий. В России первые успехи были заложены во времена Петра I, который лично принимал участие в работе «ракетного заведения». В марте 1881 г. в тюремной камере революционером и ученым Н. И. Кибальчичем (1853—1881) был создан первый проект аппарата, в основе которого был пороховой ракетный двигатель, при помощи которого человек мог побывать в космосе. К сожалению, 3 апреля 1881 г. Кибальчич был казнен, и проект остался незавершенным. По его мнению, человека в воздушное пространство смогла бы поднять сила, которой «являются медленно горящие взрывчатые вещества».

Аппарат, изобретенный Кибальчичем, представлял собой платформу, которая снабжалась ракетным двигателем. В камеру сгорания при помощи часового механизма с определенной периодичностью должны подаваться пороховые шашки («свечи»). Управление аппаратом осуществляется при помощи изменения положения двигателя относительно платформы. Ценнейшие идеи Кибальчича остались надолго похоронены в архивах царской полиции и были открыты для ученых лишь с наступлением революции.

Основной характеристикой пороха как топлива для ракетного двигателя является объем газообразных продуктов, выделяемых при сгорании 1 кг пороха, при определении величины газ приводится к нормальным условиям. Порох подразделяется на два класса: нитроцеллюлозный (бездымный) и смесевый (в том числе и дымный). Пороха, применяющиеся в ракетных двигателях, и называются твердыми ракетными топливами. В зарядах к ракетным двигателям и газогенераторам применяют баллиститный порох.

Основу этого типа пороха составляют нитроцеллюлоза и труднолетучий растворитель, за что он получил название двухосновного. Отличается быстротой изготовления, возможностью получения крупных зарядов и высокой физической стойкостью. Главным недостатком является большая взрывоопасность в производстве, так как в состав входит мощное взрывчатое вещество – нитроглицерин. Смесевые пороха перед баллиститными порохами обладают несколькими преимуществами, среди которых более высокая удельная тяга и большой диапазон регулирования скорости горения с помощью различных присадок и т. д.

Пунктуправления

Пункт управления – наземный пункт, который представляет собой совокупность средств и служб, посредством совместной работы которых осуществляется удаленное управление полетом космических аппаратов различного рода: ракет-носителей, спутников, автоматических межпланетных станций и прочих космических объектов. Пункт управления включает в свой состав командно-измерительные пункты, которые могут располагаться на суше, в воздухе и на воде (самолетные измерительные пункты и плавучие корабельные соответственно). Количество пунктов и их местоположение, в первую очередь, определяется задачами обеспечения полного и непрерывного управления космическим аппаратом, требованием о необходимости наличия дублирующего пункта управления на случай непредвиденных обстоятельств либо чрезвычайной ситуации в районе головного пункта управления. Размещение пунктов управления, как стационарных, так и подвижных комплексов, осуществляющих дубляж командного пункта, определяется программой полета и орбитой космического аппарата. В качестве основных используются следующие устройства: для определения параметров орбиты – аппаратура измерений траектории объекта; для контроля состояния аппарата – телеметрическая аппаратура; для подачи команд, контроля их исполнения – команднопрограммная аппаратура. Обязательно в состав пункта управления включаются вычислительные комплексы, системы автоматической обработки данных различного рода, аппаратура, осуществляющая прием и передачу информации, устройства и средства наземной и космической связи, средства отображения хода полета и контроля, системы моделирования процессов управления и пр.

Радиоизотопный ракетный двигатель

Радиоизотопный ракетный двигатель – ракетный двигатель, в котором нагрев рабочего тела происходит за счет выделения энергии при распаде радионуклида, либо продукты реакции распада сами создают реактивную струю. С точки зрения эффективности экспериментальный радиоизотопный ракетный двигатель дает небольшие значения силы тяги.

Радионавигационный маяк

Радионавигационный маяк – передающая радиостанция с известным местоположением, которая непрерывно излучает специальные радиосигналы.

Суда и самолеты могут на борт принимать радиосигналы, посланные радиостанцией, по которым они и определяют направление на нее.

Радионавигационные маяки считаются азимутальными (угломерными) радионавигационными устройствами.

Радионавигационный маяк может быть автономным радионавигационным устройством либо входить в состав радионавигационной системы. По принципу пеленгации различают два типа радионавигационных маяков. Первые принято называть маяками направленного действия, так как они пеленгуются только с определенных направлений, второй же класс радионавигационных маяков пеленгуется с любых направлений и поэтому имеет название «радионавигационные маяки ненаправленного действия».

В зависимости от назначения и методов радиотехнических измерений выделяется 4 основных класса радиомаяков: амплитудные, частотные, фазовые и временные. Наиболее распространенными являются амплитудные радиомаяки, которые представлены тремя направлениями. Первое направление – курсовые радионавигационные маяки, используются для задания курсов в двух плоскостях – вертикальной и горизонтальной. Предназначены для задания направления движения аппарата в вертикальной плоскости. Второе – пеленговые радионавигационные маяки, сравнивают диаграмму направленности излучения сигнала в момент отсчета пеленга с известным ее положением в другой момент времени. Третье направление – маркерные, используются для маркировки пунктов. Для обеспечения маркировки снабжены антенной с узкой диаграммой направленности.

Разгонный ракетный двигатель

Разгонный ракетный двигатель (маршевый) – основной двигатель ракетного летательного аппарата. Его основная задача – это обеспечение необходимой скорости движения.

Ракета

Ракета (от нем. Rakete) – летательный аппарат, передвижение которого в пространстве обусловлено действием реактивной силы, возникающей при выбросе сгорающего ракетного топлива (рабочего тела). В отличие от самолета ракета может летать и за пределами земной атмосферы, ведь для движения ей не требуется воздуха.

Впервые принцип реактивного движения был продемонстрирован еще в Древней Греции. Герон создал паровую машину, которая представляла собой металлический сосуд, имевший форму птицы. Сосуд наполнялся водой и подвешивался над огнем, при закипании воды из хвоста птицы выбрасывалась струя пара, толкая птицу вперед. К сожалению, практического применения машина не нашла и вскоре была забыта. Первые же сведения об использовании ракет можно найти в китайских литературных источниках XIII в. В исторических источниках упоминается применение китайцами во время военных действий «огненных стрел», которые, по сути, были первыми ракетами, используемыми для поджога крепостей и городов. В одной из легенд даже упоминается первая попытка полета человека с помощью ракеты. Некий мандарин Ван-Гу при помощи летательного аппарата собственной конструкции, состоящего из двух больших змеев и кресла между ними, пробовал взлететь. Под устройством было укреплено 47 ракет, которые были одновременно подожжены слугами. Многие из ракет взорвались и Ван-Гу погиб в пламени… В XV в. ракеты уже повсеместно применялись в качестве фейерверков.

В 1591 г. бельгийцем Жаном Бови были описаны и оставлены чертежи ступенчатых и составных ракет. В 1650 г. эти идеи были расширены литовцем Казимиром Семеновичем. В конце XVIII– начале XIX в. ракеты снова оказываются в центре внимания военных разных стран. Во время захватнических войн, которые вели англичане против индусов, последними во время боевых сражений широко применялись боевые пороховые ракеты. Ракеты отличались простотой конструкции и хорошей массированностью удара. Ракеты были снабжены длинными древками для придания дополнительной устойчивости, позже были добавлены крыльчатые стабилизаторы. Среди русских военных инженеров выделялись работы А. Д. Засядько (l779—1837) и К. И. Константинова (1818—1871), также широко известны работы англичанина У. Конгрева (1772—1828). Ими были улучшены дальность, кучность стрельбы. Доработана технология изготовления пороховых ракет и их конструкция.

Впервые на практике возможность передвижения ракеты в космическом пространстве была показана американским профессором Р. Годдардом (1882—1945). В 1912 г. им был проведен следующий опыт: ракета была помещена в большой стеклянный сосуд, из которого впоследствии был выкачан воздух.

Уже через 14 лет, 16 марта 1926 г., был осуществлен успешный запуск первой в мире ракеты с жидкостным ракетным двигателем. Запуск был осуществлен О. Годдардом. Его ракета поднялась на высоту около 12,5 м, при этом пролетев 56 м. Ее скорость составляла 2,5 м/с (скорость движения пешего человека – порядка 1 м/с).

В зависимости от задач ракеты бывают управляемые и неуправляемые, одно– и многоступенчатые (по мере прохождения определенных участков траектории отработавшие ступени ракеты отбрасываются). Некоторые образцы могут изменять параметры траектории непосредственно во время полета. Первоначально масса ракеты может варьироваться от нескольких килограмм до тысяч тонн. Современная ракета конструктивно представляет собой комплекс, состоящий из двигательной установки, систем наведения и управления, переносимой полезной нагрузки и различных вспомогательных систем. На сегодняшний день большинство ракет разделяется на жидкостные и твердотопливные. Разделение происходит по принципу хранения топлива до его использования. Ни одна из ракет, используемых сегодня, не является универсальной. Каждая из ракет имеет свои особенности, и отбор необходимой ракеты для реализации какой-либо задачи происходит по многим критериям, среди которых экономичность, надежность, сложность конструкции, стоимость и т. д. В военном деле большее предпочтение отдают твердотопливным ракетам, их широкое применение обусловлено малым временем подготовки к запуску, долговременностью хранения и простотой конструкции.

Жидкостные ракеты нашли свою сферу применения в космическом деле, их используют для космических полетов благодаря большей экономичности и возможности регулирования тяги.

Ракета-носитель

Ракета-носитель – управляемая ракета, которая предназначена для выведения в космос различных грузов (искусственных спутников Земли, космических кораблей, орбитальных станций и др.).

Основная задача ракеты-носителя – сообщить полезному грузу необходимую скорость, т. е. большую или равную первой или второй космической. По энергетической характеристике и грузоподъемности ракетоносители подразделяются на следующие классы: легкие (до 500 кг), средние (до 10 т), тяжелые (до 100 т), сверхтяжелые (свыше 100 т). Современные ракеты-носители имеют стартовую массу, превышающую 3000 т, порядка 90% которой составляет топливо, продолжительность же полета на активном участке может составлять до 20 мин.

Существуют одноразовые и многоразовые ракеты-носители, а также одноступенчатые и многоступенчатые. Благодаря своей высокой надежности, приобретенной в результате максимального упрощения всех элементов, более распространены одноразовые ракеты-носители. Наличие дополнительных ступеней изменяет отношение полезной массы нагрузки к общей массе в сторону увеличения, хотя это приносит и ряд неудобств. Одно из них – это наличие свободных территорий для падения отработавших ступеней. Частично многоразовые ракеты-носители представлены американской системой «Спейс Шаттл» и советской разработкой – полностью автоматической МКС «Буран». К сожалению, и фактор многоразового использования не смог снизить стоимость доставки полезных грузов на орбиту, хотя при этом надежность ниже, чем у одноразовых ракет-носителей. Советская же разработка в настоящее время не используется. Первенство среди ракет-носителей по мощности в настоящее время держат за собой американский «Спейс Шаттл», российский «Протон-М», хотя ранее запускались и более мощные ракеты-носители, такие как «Н-1», «Энергия» или «Сатурн V» (США). Первой ракетой-носителем была межконтинентальная баллистическая ракета «Р-7». Ракета «Р-7» была разработана конструкторским бюро С. П. Королева.

Все ракеты-носители, в настоящее время используемые для доставки полезного груза в космическое пространство, являются многоступенчатыми. В передней части ракеты-носителя располагается отсек, в котором находится полезный груз. Этот отсек закрыт головным обтекателем для защиты во время прохождения плотных слоев атмосферы от воздушного потока. В задней части располагаются маршевые и, если необходимо, рулевые двигатели с приводом. Также устанавливается и защита от газов, которые истекают из двигателей, так как при старте и в разреженных верхних слоях атмосферы газы могут обволакивать корпус аппарата. Управление ракетой-носителем производится путем поворота камеры или сопел маршевых двигателей либо специальными рулевыми двигателями при их наличии.

Многоразовые корабли представляют собой подобие реактивного самолета с треугольными крыльями. Кабина находится в носовой части и герметизирована, в средней части располагается грузовой отсек, который в космическом пространстве открывается и может выпускать спутник либо осуществлять выгрузку конструкций и узлов орбитальных станций. Возврат на Землю осуществляется планированием с выключенным двигателем. По мере приближения к поверхности Земли система наведения приземляет аппарат, как обычный самолет.

Носовая часть требует специальной защиты, так как при входе в плотные слои атмосферы происходит колоссальный нагрев передней части корабля. Поэтому кромки крыльев и вся передняя часть покрываются специальными керамическими плитками, которые одновременно предохраняют конструкцию от разрушения и перегревания.

Ракетно-двигательная установка

Ракетно-двигательная установка – силовая установка аппарата, использующего реактивный принцип передвижения, например ракеты, ракетного самолета, космического летательного аппарата.

Ракетная ступень

Многие конструкторы пытались разработать эффективный одноступенчатый космический носитель, имеющий достаточный суммарный импульс тяги, для того чтобы вывести на орбиту полезный груз. В 1990-х гг. была представлена экспериментальная ракета DC-X, конструкция которой базировалась на применении легких сплавов, композиционных материалов и совершеннейшей электроники. Результат эксперимента можно считать успешным, так как итогом было доказательство возможности создания эффективной одноступенчатой ракеты.

Ракетные системы

Ракетные системы представляют собой систему, состоящую из двух или более составляющих, каждая из которых выполняет определенную задачу.

В качестве примера ракетно-космической системы можно привести составной космический аппарат, составляющими которого являются ракета-носитель «Энергия» и космический корабль «Буран».

Основная задача ракеты-носителя «Энергия» – вывести корабль на стартовую высоту, отбрасывая по мере использования отработанные ступени. После того как все ступени ракеты-носителя «Энергия» отработают, корабль «Буран» использует объединенную двигательную установку для выхода на заданную орбиту (см. также «Космический корабль»).

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель (двигатель прямой реакции) – двигатель, принцип работы которого основан на создании тяги посредством реакции на вытекающее из двигателя рабочее тело. Это двигатель, который в отличие от двигателя непрямой реакции сочетает двигатель и движитель и создает силу тяги посредством преобразования различных типов топлива в кинетическую энергию струи, которая выбрасывается в окружающее пространство.

Имея общий принцип действия, реактивные двигатели отличаются разнообразием модификаций. Во-первых, реактивные двигатели делятся на два класса по существенному признаку – необходимость в работе наличия атмосферного воздуха.

Двигатели, которые используют в своей работе атмосферный воздух для создания рабочей смеси (смесь воздуха с керосином, бензином), называются воздушно-реактивными. Те же двигатели, которые используют для образования рабочей смеси вещества, находящиеся непосредственно на аппарате, называются ракетными.

Ракетные двигатели составляют особый класс реактивных двигателей, так как они отличатся полной независимостью от окружающей среды.

Роботы космические

Роботы космические (от чеш. robota) – устройства или комбинации устройств, предназначенные для замены человека при работе в средах, где присутствие живого человека ограничено или по ряду причин невозможно. Термин «робот» впервые был упомянут чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом в пьесе «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы») в 1921 г.

Нельзя не упомянуть Леонардо да Винчи, который, по некоторым данным, около 1495 г. имел среди своих многочисленных чертежей и рисунок человекоподобного робота. Записи, найденные в 1950-х гг., содержали чертежи механического человека (рыцаря), который мог сидеть, двигать головой и руками и открывать забрало. Первое искусственное создание – робота, играющего на флейте – сотворил в 1738 г. французский изобретатель-механик Жак де Вокансон. Можно отметить, что уже созданы первые человекоподобные роботы, хотя в космосе мы их встретим еще не скоро. На сегодняшний день ряды космических роботов составляют устройства, позволяющие человеку осуществлять манипуляции, проводить исследования, не присутствуя при этом лично, а контролируя действия из пункта управления, часто даже наземного. Есть несколько вариантов управления космическими роботами, среди которых можно выделить непосредственное управление подачей команд оператором, работу по заранее запрограммированной программе, либо робот может следовать какому-либо набору общих команд при помощи технологии искусственного интеллекта. Системы перемещения роботов бывают различными, например, один из первых роботов – советский «Луноход-1» – для передвижения по открытой местности был оснащен колесной системой передвижения, которая наряду с гусеничной считается самой универсальной. Существуют гибридные системы перемещения для перемещения по неровным поверхностям, которые сочетают в себе несколько конструктивных элементов и от той и от другой системы.

Робот-паук (Robyspace Junior)

Робот-паук (RobySpace Junior) – модификация робота, которая внешне представляет собой копию паука. В мире существует уже несколько разработок, копирующих строение и внешний вид паука. Недавно американским аэрокосмическим агентством NASA был разработан робот-паук под названием «spider-bot», который предназначен для исследования планет, астероидов, поверхности Луны. Несомненно, этот робот может найти применение и на поверхности Земли, например в сельском хозяйстве. С помощью пары антенн робот-паук в состоянии обнаружить препятствие. Размеры могут быть изменены, как и число конечностей, которое может достигать 12 и более, хотя в настоящее время робот имеет 6 ног. Следующим этапом исследований станет оснащение робота-паука специальными инструментами, благодаря которым он сможет осуществлять раскопки. Инструментами планируется оснастить пару передних ног. Помимо разработок NASA были созданы еще несколько прототипов роботов-пауков. Одну из этих модификаций специалисты из лаборатории NanoRobotics при поддержке Массачусетского технологического института «научили» передвигаться по воде подобно насекомым.

Модель робота может передвигаться только в стоячей воде и предназначена для исследования загрязнения водоемов. Возможно, впоследствии эти разработки пригодятся в исследованиях каких-либо небесных тел, имеющих на своей поверхности водоемы. Еще одной новейшей разработкой, правда, в стадии первичного эксперимента, является «космический паук» «Furoshiki», который был создан робототехниками из Венского технологического института по заказу Японского космического агентства. Планируется, что в дальнейшем эти роботы смогут «разворачивать» в космическом пространстве гигантские антенны, состоящие из нитей. На первичном этапе на орбиту должны быть выведены четыре микроспутника, с заранее заготовленной сетью для отработки перемещения по сети. Эксперимент займет не более десяти минут, после чего приборы сгорят в атмосфере. Во втором эксперименте будут участвовать модификации роботов-пауков. Эту часть общего эксперимента подготовил Институт манипуляторов и роботов технического института Вены при помощи «Команды перспективных концепций» Европейского космического агентства. Если будет успешно выполнена первая часть эксперимента и сеть будет натянута и стабилизирована в пространстве, то из материнского аппарата будут выпущены два робота-паука серии RobySpace Junior. Их задача перемещаться по сети до края, находясь под управлением непосредственно с поверхности Земли.

Движение робота по сети осуществляется при помощи системы роликов. При успешном исходе эксперимента станет возможным создание масштабных космических систем на околоземных орбитах, таких как радиотелескоп, огромные солнечные батареи.

Основные параметры роботов-пауков: размеры – порядка 10 × 10 × 5 см; вес робота – не более 1 кг.

Роботы-муравьи

Роботы-муравьи – новейшая разработка в области робототехники. Роботы, работающие без управления извне и в процессе работы имитирующие поведение муравьев из колонии. Робот-муравей, в России разработанный Институтом радиотехники, практическую пользу не приносит, может перемещаться в разных направлениях и подмигивать глазами-светодиодами. Также существует разработка MIT's Artificial Intelligence Lab, которая представляет собой несколько роботов, имитирующих поведение муравьев колонии. Для связи друг с другом роботы используют датчики. Каждый из роботов оборудован 17 датчиками, четыре из которых – световые датчики, четыре – инфракрасные приемники и датчики удара, наклона и еды. Инфракрасные датчики, расположенные на передней части и вершине робота, отвечают за общение между роботами. Колония роботов-муравьев имеет несколько уровней социального поведения, есть возможность следования за вожаком, роботы умеют играть.

Роботы-шайбы

Роботы-шайбы – роботы, которые имеют внешний вид в форме хоккейной шайбы. NASA планирует собрать в околоземном пространстве многокилометровую солнечную батарею на орбите, которая впоследствии будет выполнять роль электростанции с перспективной возможностью передачи энергии на наземный приемник. Группа ученых из университета Южной Калифорнии полагает, что создание таких конструкций человеком в настоящее время труднореализуемо и гораздо эффективней было бы использовать для этого специальных роботов, которые смогут автономно работать в условиях невесомости. Задача по взаимодействию нескольких идентичных роботов решена при создании роботов-муравьев, которые могли сообща передвигать груз. В настоящее время ученые университетской лаборатории полиморфных роботов в рамках проекта Solar проводят эксперимент, правда, в двумерном варианте по использованию роботов-шайб в условиях, близких к космосу. В качестве модели используется стол для воздушного хоккея, в котором в тысячи отверстий на поверхности стола подают воздух специальными насосами. Роботы-шайбы могут скользить по столу почти без трения. Ключевая идея проекта – использование роботов в паре. Экспериментально проверено, что роботы, соединенные специальным тросом, могут захватывать из свободного пространства «плавающие» элементы (в эксперименте это были плоские стержни с механизмом стыковки на концах) и согласованно двигать их, соединяя в более крупные узлы. Каждый робот представляет собой шайбу шириной 30 см, которая имеет возможность передвигаться в пространстве при помощи четырех бортовых вентиляторов (имитатор ракетного двигателя). Управляющим элементом является внешний компьютер, который имеет видеокамеру слежения для оценки ситуации и беспроводную связь с роботами. Впоследствии вся электроника и камеры будут располагаться на самих роботах.

Система аварийного спасения

Система аварийного спасения – бортовая система ракетно-космического комплекса, которая отвечает за контроль аварийных ситуаций, оповещение и обеспечение спасения экипажа. Активно используется во время старта и на всем протяжении активного участка полета. В случае возникновения аварийной ситуации должна оповестить экипаж и обеспечить доставку экипажа космического аппарата на безопасное расстояние от комплекса на случай взрыва или пожара ракетоносителя. На практике используются разнообразные системы, которые обеспечивают спасение космонавтов. Это могут быть катапультируемые кресла (советские космические корабли серии «Восток»), система выброса отсека с кабиной экипажа или непосредственно самих космонавтов (применяется в американских космических кораблях серии «Space Shuttle»), система аварийного отделения спускаемого аппарата (советский космический корабль серии «Союз» и американский серии «Apollo»). После отдаления от ракетоносителя и прохождения участка максимального скоростного набора происходит отделение двигательной установки, и дальнейшее движение спасаемого модуля осуществляется в режиме автономного полета по траектории спуска до приземления.

Для различных участков полета существуют различные алгоритмы автоматики. Смена программ происходит при достижении определенных контрольных точек на активном участке полета. Автоматикой снабжены все системы, кроме катапультируемого кресла, которое лишается системы после отделения от ракетного комплекса. Автоматика включает в себя элементы, позволяющие управлять движением спускаемого аппарата, программные устройства, средства связи.

Солнечная батарея

Солнечная батарея – элемент, аккумулирующий энергию солнечного излучения и позволяющий в дальнейшем перевести ее в тепловую или электрическую энергию, для использования в энергетической цепочке. Отрасль, называемая гелиоэнергетикой, является одной из самых перспективных и быстроразвивающихся. О солнечных батареях коллекторного типа будет рассказано в соответствующем пункте, а здесь пойдет речь о солнечных батареях на основе фотоэлектрических преобразователей.

Фотоэлементы являются полупроводниковыми устройствами, которые позволяют прямо преобразовать солнечную энергию в электрическую. Несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей и называются солнечной батареей. На сегодняшний день фотоэлементы считаются наиболее эффективными преобразователями солнечной энергии в электрическую, но это только с точки зрения энергетических характеристик. Такое преимущество перед остальными видами преобразователей обусловлено одноступенчатым процессом перевода энергии. Теоретический КПД фотоэлектрических преобразователей может достигать 90%. На практике же достигнут предел в 40%, хотя вполне достижимым на сегодняшний день считается предел в 50%. Процесс преобразования энергии основан на фотовольтаическом эффекте, возникающем в полупроводниковых структурах, характерным признаком которых является неоднородность, под воздействием солнечного излучения.

Эффективность преобразования будет зависеть, в первую очередь, от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также от оптических свойств фотоэлектрического преобразователя. Немаловажную роль играет фотопроводимость, которая обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках, возникающего при облучении материала солнечным светом. Потери энергии в фотоэлектрических преобразователях связаны с рядом факторов, которые будут перечислены ниже. Часть солнечного излучения неминуемо отражается от поверхностей преобразователя, кроме того, другая часть излучения будет проходить сквозь фотоэлектрический преобразователь без поглощения в нем и превращения в полезную энергию. Некоторое количество солнечной энергии теряется при рассеянии на тепловых колебаниях решетки избыточной энергии фотонов. Нельзя забывать и про наличие внутреннего сопротивления фотоэлектрического преобразователя, которое тоже «съедает» свою часть энергии. Все эти факторы, а также многие другие, которые не были упомянуты в этом списке, существенно снижают выходной КПД солнечной батареи.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в фотоэлектрических преобразователях учеными разрабатываются и впоследствии успешно применяются на практике различные мероприятия. К числу таких мероприятий можно отнести следующие манипуляции:

  1) поиск и последующее использование полупроводников с иными физическими параметрами, которые позволили бы получить оптимальные параметры для перевода энергии солнечного излучения в электрическую или тепловую энергии;

  2) улучшение свойств уже успешно применяемых полупроводниковых структур;

  3) оптимизация конструктивных параметров фотоэлектрических преобразователей;

  4) применение специальных оптических покрытий, которые смогут обеспечить лучшие в сравнении с существующими параметры просветления, терморегулирования и защиту от космической радиации;

  5) разработка и внедрение фотоэлектрических преобразователей, способных пропускать длинноволновый солнечный спектр, который находится за краем основной полосы поглощения.

Кроме перечисленных параметров, существенного повышения КПД можно достигнуть при помощи создания и повсеместного применения преобразователей с двухсторонней чувствительностью. Это позволит получить порядка 80% добавочной полезной энергии в сравнении с односторонними фотоэлектрическими преобразователями.

Возможно внедрить на практике применение многослойных пленочных светоотделителей, которые будут раскладывать солнечный спектр на две или более спектральные области. Каждый участок спектра будет последовательно преобразовываться отдельным фотоэлектрическим преобразователем.

Солнечный ракетный двигатель

Солнечный ракетный двигатель, или фотонный ракетный двигатель, – ракетный двигатель, использующий для получения тяги реактивный импульс, который создают частицы света, фотоны при воздействии на поверхность. Примером простейшего солнечного ракетного двигателя может послужить пластиковое зеркало, отражающее солнечные лучи и под воздействием частиц света толкающее аппарат в сторону от Солнца.

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор – устройство, предназначенное для сбора энергии.

По элементам конструкций солнечные коллекторы подразделяются на плоские, вакуумные, концентраторы.

Первая разновидность коллекторов представляет собой плоский элемент, который имеет прозрачное покрытие и термоизолирующий слой. Поглощающий солнечное излучение элемент непосредственно связан с теплопроводящей системой. Плоская разновидность коллекторов позволяет нагревать воду до температуры около 70—75 °C. Что касается энергетических характеристик, то 1 м2 плоского солнечного коллектора вырабатывает около 1 кВт/ч тепловой энергии за год работы в наших широтах.

Следующим типом коллекторов являются вакуумные солнечные коллекторы, которые позволяют получить более высокие температуры нагрева – до 120 °C. Более высокую температуру позволяет получить значительное уменьшение тепловых потерь за счет использования многослойного стеклянного покрытия и герметизации при условии создания в коллекторах вакуума.

Солнечные концентраторы получают посредством введения в солнечные коллекторы специальных концентраторов, которые прокладываются под поглощающими элементами при помощи параболоцилиндрических отражателей.

С помощью солнечных концентраторов можно достичь температур порядка 200 °C и выше. Дальнейшее повышение температур возможно при оборудовании таких коллекторов специальными устройствами слежения за солнцем.

Солнечные коллекторы используют для отопления в промышленности, а также для бытовых нужд и нужд горячего водоснабжения производственных процессов. Высоким потенциалом для использования солнечных коллекторов является промышленность, основу которой составляют процессы, использующие воду температурой порядка 30—90 °C. На сегодняшний день во всем мире насчитывается около 100 млн м2 солнечных коллекторов. Дооборудовав солнечные коллекторы фотоэлектрическими элементами либо двигателем Стирлинга, можно наладить производство электроэнергии.

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция – электростанция, электрическая энергия в которой получается путем преобразования энергии солнечного излучения в электрическую. В 30-е гг. XX в. советским инженером Н. В. Линицким была выдвинута идея, предполагающая использование энергии солнечного излучения в электростанции промышленного типа. Им была предложена схема солнечной электростанции с центральным приемником на башне. Солнечное излучение предполагалось улавливать при помощи двух плоских отражателей, которые могли управляться по двум координатам.

В функции отражателей входило отражение солнечных лучей на поверхность центрального приемника, который устанавливался на некотором возвышении над полем гелиостатов (отражателей). Возвышение было необходимо для устранения взаимного затемнения. Размеры и характеристики приемника излучения во многом были схожи с параметрами обычного парового котла.

На электростанциях башенного типа эффективнее всего было бы использовать турбогенераторы мощностью порядка 100 МВт.

Необходимая концентрация достигалась при помощи гелиостатов. На случай временного отсутствия солнечного излучения электростанция должна быть оборудована тепловыми аккумуляторами, которые могли бы обеспечить работу тепловой машины в случае необходимости. Идея о возможности использования солнечных электростанций башенного типа была реализована в США, где с 1982 г. было сооружено несколько электростанций такого типа.

Более популярными в настоящее время являются концентраторные солнечные электростанции, которые строятся по всему миру. Конструктивно можно выделить два направления, которые получили широкое применение. Это параболоцентрические и параболические концентраторные электростанции. Принципиальная разница заключается в следующем: параболоцентрические концентраторы имеют форму параболы, протянутой вдоль прямой, что позволяет зеркальным концентраторам фокусировать солнечное излучение в линию и обеспечить многократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка, в которой находится теплоноситель, например масло, или фотоэлектрический элемент. Теплоноситель нагревается до температур порядка 400 °C. Параболоцентрические зеркала имеют длину не более 50 м и ориентируются по оси север – юг. Зеркала собираются в ряды через несколько метров.

Для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором теплоноситель подается в тепловой аккумулятор. Американцы реализовали подобную технологию в Калифорнии, где в период с 1984 по 1991 г. было построено девять электростанций, суммарная мощность которых составила 354 МВт. Стоимость электроэнергии, выработанной на параболоцентрических концентраторах, оказалась на 20% ниже, чем электроэнергии, полученной на солнечных электростанциях башенного типа.

В настоящее время в Китае под контролем германской компании «Solar Millenium AG» осуществляется строительство солнечной электростанции, мощность которой планируется увеличить до 1000 МВт к 2020 г.

Параболический концентратор представляет собой некое подобие спутниковой тарелки. Управление осуществляется по двум координатам. Солнечная энергия фокусируется на небольшой площади. КПД отражающих зеркал составляет около 90%. В фокусе отражателя могут использоваться как двигатель Стирлинга, так и фотоэлектрические элементы.

Если используется двигатель Стирлинга, то в фокусе должна находиться область нагрева. Роль рабочего тела может выполнять водород или гелий. Американская компания «Stirling Solar Energy» осуществляет разработку и внедрение солнечных коллекторов крупных размеров, мощность электростанции на основе параболических концентраторов с двигателем Стирлинга может достигать 150 кВт. По различным подсчетам, стоимость электроэнергии, которая будет получена подобным методом, будет в 3 раза ниже стоимости энергии, полученной при помощи башенных солнечных электростанций.

В настоящее время компания осуществляет строительство крупнейшей в мире солнечной электростанции, которая к 2010 г. будет состоять более чем из 20 000 параболических коллекторов диаметром 11 м.

В системах солнечных электростанций могут быть использованы любые типы фотоэлектрических преобразователей, которые будут созданы на базе различных полупроводниковых материалов. Все они должны удовлетворять определенным требованиям, которые обязательно предъявляются к таким масштабным системам переработки солнечной энергии в электрическую и тепловую. Перечислим важнейшие из условий:

  1) высокие показатели надежности и долговечности. Средний ресурс должен быть рассчитан на длительный срок эксплуатации (несколько десятков лет);

  2) материалы, которые используются для изготовления элементов системы преобразования энергии, должны быть доступны и в достаточном количестве для организации их массового производства;

  3) срок окупаемости энергозатрат должен быть максимально коротким;

  4) при использовании космических солнечных электростанций или станций, расположенных на околоземной орбите, должны быть сведены к доступному минимуму расходы на ориентацию, стабилизацию электростанции на орбите и расходы на передачу и преобразование энергии после ее переработки на электростанции;

  5) последним, но не менее важным, является пункт, который подразумевает обеспечение удобства техобслуживания электростанции на околоземных или иных орбитах Солнечной системы.

Почему так важно придерживаться перечисленных пунктов? Многие эффективные фотоэлектрические преобразователи созданы на основе трудоемких технологических процессов с колоссальными требованиями к производственной линии. Помимо этого, многие современные фотоэлектрические преобразователи используют в своей конструкции сырье, которое находится в ограниченном количестве либо создается искусственно в специальных лабораториях, что существенно уменьшает перспективы массового использования этих элементов повсеместно для эффективного преобразования солнечной энергии. Высокая производительность будет достижима лишь в случае наладки автоматизированного производства фотоэлектрических преобразователей.

На сегодняшний день это возможно сделать, применив ленточные технологии. Обеспечение сборки солнечных батарей на базе предприятий с автоматизированной линией позволит существенно снизить себестоимость модуля батареи. Экономия, которая будет при этом достигнута, обеспечит снижение себестоимости в 2—3 раза.

Современный уровень развития полупроводниковой отрасли промышленности позволяет выдвинуть в качестве наиболее перспективных материалов для создания фотоэлектрических преобразователей, которые будут использоваться в солнечных электростанциях, кремний и арсенид галия.

Солнечный парус

Солнечный парус – устройство для передвижения в космическом пространстве, принцип действия которого основан на давлении солнечного излучения (например, он может представлять собой металлизированную пленку-парус, на которую воздействует солнечное излучение). В роли паруса могут использоваться солнечные батареи, радиаторы системы терморегуляции и др. Большим минусом является то, что давление солнечного света чрезвычайно мало и уменьшается по мере удаления от Солнца пропорционально квадрату расстояния.

Первые исследования в области использования для космических перелетов давления солнечного излучения, которые могли бы претендовать на серьезность, осуществил в 1924—1925 гг. советский ученый и инженер Ф. А. Цандер. В своей первой научной публикации он заметил: «При желании перелететь на другие планеты… выгоднее будет лететь при помощи зеркал или экранов из тончайших листов… Зеркала не требуют горючего и не производят больших напряжений в материале корабля».

В своих трудах Цандеру не только удалось разработать теоретическую концепцию полета, но и вкратце представить особенности конструкции, называемой сегодня солнечным парусом.

На сегодняшний день соперничают две модификации простейшего солнечного паруса: квадратный парус и гелиоротор. Практический интерес к этим идеям возник в связи с необходимостью отправки космического аппарата на исследование кометы Галлея. Но несмотря на то что впоследствии от этой идеи отказались в пользу солнечно-электрических двигателей, интерес к солнечному парусу не пропал, а только усилился. Квадратный солнечный парус по конструкции чем-то напоминает воздушного змея. Конструкция имеет несущие мачты, изготовленные из жестких стержней. Все материалы и сплавы, используемые при создании таких конструкций, естественно, максимально легки. Тем не менее более подробный анализ конструкции паруса и ряда вопросов, касающихся управления полетом, принципов развертывания на орбите, заставили ученых на время перейти к изучению другой модификации солнечного паруса – гелиоротора, или солнечного гироскопа. Проект был разработан и предложен Р. Макнилом еще до появления квадратного паруса, но в связи с отсутствием идей о собственной траектории движения проектом не заинтересовались. По мнению современных конструкторов, этот тип паруса является наиболее перспективным направлением развития мысли на ближайшее десятилетие. Его основной особенностью является то, что он может выполнять полет с наклоном к орбите более 90°. По расчетам ученых, вывод на орбиту будет осуществляться в несколько этапов, последним из которых будет развертывание на орбите пленочных лопастей.

Теперь немного о практическом применении, которое было осуществлено мировыми державами на сегодняшний день. Солнечный парус применялся неоднократно в качестве корректора орбиты, также он применялся в системе ориентации и стабилизации в качестве исполнительного органа на американских автоматических межпланетных станциях «Маринер-3» и «Маринер-4» в 1964 г.

Первым космическим аппаратом, передвижение которого основывалось на принципе солнечного паруса, принято считать «Космос-1». Это был совместный российско-американский проект. Эксперимент позволил бы исследовать принцип полета с использованием солнечного паруса.

Цель исследования состояла в следующем: исследовать возможности солнечного паруса, в том числе в качестве буксирующего устройства; отработать навыки управления аппаратами, сконструированными по принципу солнечного паруса. «Космос-1» был оснащен солнечным парусом около 30 м в диаметре, который состоял из 8 сегментов. Окончательный запуск аппарата был назначен на 21 июня 2005 г. В 23.46 по московскому времени был произведен запуск аппарата с подводной лодки «Борисоглебск» в Баренцевом море. Запуск осуществлялся при помощи ракеты-носителя «Волна», которая была создана на основе боевой ракеты РСМ-50. К сожалению, на 83-й секунде полета первая ступень ракеты-носителя прекратила свою работу, и «Космос-1», не достигнув высоты, необходимой для выхода на заданную орбиту, упал.

Спутник связи космический

Спутник связи космический – космический летательный аппарат, который, находясь на околоземной орбите, принимает радиосигналы с наземных радиостанций и после усиления принятого сигнала передает дальше. Спутники связи являются искусственными спутниками Земли и служат ретрансляторами сигналов, в том числе сигналов связи, цифровой информации для глобальных систем электросвязи и сигналов телевизионного вещания. Подразделяются на активные и пассивные ретрансляторы.

Главным преимуществом спутников, находящихся на геостационарной орбите, является отсутствие необходимости отслеживать их движение по небосводу (требуется лишь точное наведение антенны в одну точку, определяющую местоположение спутника, на время его функционирования). Хотя не обошлось и без недостатков – спутник, расположенный на геостационарной орбите, имеет задержку во времени между передачей радиосигнала между двумя наземными радиостанциями, возникающую из-за больших расстояний, которые проходит сигнал.

Конструктивно спутник представляет собой ракетный блок и блок связного оборудования. Первый обеспечивает энергопитание, контроль бортовых систем и управление полетом, а второй – прием, усиление и последующую ретрансляцию сигнала на земную радиостанцию. Многие спутники связи стабилизируются вращением вокруг одной оси, что позволяет им поддерживать равномерную температуру по всей поверхности спутника и, подобно гироскопу, сохранять неизменной свою ориентацию в пространстве. На некоторых спутниках для ориентации в пространстве применяются ракетные двигатели малой тяги.

К преимуществам спутников с трехосной стабилизацией, по сравнению со спутниками, стабилизируемыми вращением, можно отнести тот факт, что солнечные батареи, расположенные на специальных раскладных панелях, могут вырабатывать гораздо больше электроэнергии, а антенны проще направить на наземные радиостанции. Спутники связи используются для радиосвязи между различными земными станциями, которые расположены вне пределов взаимной прямой видимости. После приема спектра частот с сигналами от наземной станции спутник усиливает сигнал и отправляет его обратно на Землю следующей станции в цепочке передатчиков.

Одним из основных параметров, характеризующих работу спутника, является зона покрытия. Это зона, в которой возможен прием сигнала, она определяется положением и ориентацией спутника в момент приема сигнала, а также его техническими характеристиками. Современные спутники, как правило, оснащены несколькими передатчиками, каждый из которых покрывает некоторую полосу частот. Эти передатчики, называемые транспондерами, различаются рабочим диапазоном частот и поляризацией. Изменяя модуляции, через спутник можно передавать и цифровые и аналоговые сигналы.

Первыми советскими спутниками связи были «Молния-1» и «Экран». Совместно с 90 станциями была образована глобальная система связи «Орбита». США первоначально были представлены в космосе спутником связи «Интелсат». Орбита советских спутников связи является сильно вытянутым эллипсом. Спутник совершает два полных оборота вокруг Земли в сутки, при этом обеспечивается максимальная продолжительность радиовидимости на всей территории страны.

Первый спутник связи был снабжен двумя параболическими остронаправленными антеннами с датчиками ориентации на Землю. Бортовая аппаратура состояла из радиокомплекса, измерительного комплекса, систем ориентации, различной научной аппаратуры для наблюдения Земли из космического пространства. В августе 1968 г. на конференции ООН в Вене был зачитан проект соглашения о создании Международной системы связи, использующей искусственные спутники Земли. Инициатором соглашения выступил Советский Союз совместно с другими странами социалистического лагеря.

Стартовое окно

Стартовое окно – термин, который описывает период времени, в течение которого необходимо осуществить запуск ракеты-носителя. Используется для выхода космического аппарата на какую-то определенную орбиту, время которого заранее рассчитывается. Например, в случае запуска космических аппаратов к другим планетам лучше всего дождаться максимального сближения планеты с Землей, в результате чего заметно сократится срок перелета к месту назначения. Если по каким-то причинам не удается в отведенное время осуществить запуск космического аппарата, то он откладывается до следующего благоприятного момента, т. е. до следующего стартового окна.

Телескоп

Телескоп (от греч. tele – «вдаль», «далеко» и scopeo – «смотрю») – устройство для изучения небесных тел.

Конструктивно и по принципу действия телескопы подразделяются на оптические, рентгеновские, гамма-телескопы, ультрафиолетовые, инфракрасные и радиотелескопы. Оптические же делятся на рефракторы (линзовые), рефлекторы (зеркальные) и комбинированные зеркально-линзовые системы. Первые конструкции телескопов обычно связывают с именами итальянского физика, математика и астронома Г. Галилея (1564—1642), гениального немецкого астронома И. Кеплера (1571—1630), хотя никто из них не был первым.

Первые записи, касающиеся конструкции примитивного телескопа, встречаются в XIII в. у Р. Бэкона, а в XVI в. – у Джанбаттисты дела Порте, который, кстати, долго оспаривал у Галилея права на изобретение зрительной трубы. Надо отдать должное Галилею, ведь он улучшил качество практически до совершенства, его линзы, сохранившиеся и до наших дней, считаются первоклассными с точки зрения современной оптики. Хотя из 300 линз, вручную им отшлифованных, он отобрал всего лишь несколько для конструкции телескопов. В ходе постоянного совершенствования Галилей добился 30-кратного увеличения, что является предельно возможным значением для телескопов такой конструкции. С таким увеличением ученый смог добиться первых результатов в астрономических наблюдениях. Это произошло в конце 1609 г. И уже 7 января 1610 г. Галилей обнаружил спутники Юпитера.

К сожалению, все наземные телескопы объединяет один огромный недостаток – искажение картинки под влиянием земной атмосферы. Атмосфера Земли рассеивает и поглощает излучения, в ней распадаются частицы, прилетающие не только со всех уголков Солнечной системы, но и из глубин Вселенной. Воздух, окружающий поверхность Земли, «дрожит», что приводит к размытию изображения, наблюдаемого через наземный телескоп. Чего нельзя сказать о приборах, находящихся за пределами земной атмосферы, т. е. в космическом пространстве. Материалы, используемые при создании космических телескопов, существенно различаются. Например, зеркала оптических телескопов изготавливаются из ситалла, который получается в ходе процесса, называемого объемной кристаллизацией стекла разного состава. Основным свойствами ситалла являются его высокая стойкость к тепловому расширению и высокая механическая прочность.

К современному телескопу можно подключать различные системы, позволяющие добиться великолепных результатов в наблюдениях. Так, например, можно подключить матрицы приборов с зарядовой связью, которые позволяют создавать полноцветное изображение объекта, подвергаемого наблюдению.

Цифровое изображение с помощью компьютера передается на Землю, где происходит дальнейшая обработка. Качество цифрового снимка не уступает фотографическому. Используя космические телескопы, человечество может проводить наблюдения в различных областях спектра.

Особенно трудными являются наблюдения в инфракрасном диапазоне спектра. Чтобы исключить влияние собственного теплового излучения телескопа и приемника излучения, их необходимо подвергать охлаждению вплоть до 0 К (-273 °С – температура абсолютного нуля).

На сегодняшний день ученые добились потрясающих результатов в этой области. С околоземной орбиты при помощи сложнейшей аппаратуры на поверхности Луны можно обнаружить объект, излучающий тепло, размером с монету.

С 1966 по 1972 г. в космосе работала так называемая орбитальная астрономическая лаборатория. Запуск этой лаборатории осуществляла NASA. Это была серия спутников, выполняющих функции космической обсерватории. Этими спутниками впервые были проведены наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне волн различных космических объектов. Были проведены фотометрические работы по рентгеновской и гамма-астрономии.

Этот эксперимент был первым шагом к созданию космического телескопа «Хаббл». 8 апреля 1966 г. был дан старт проекту запуском первого спутника серии. Но через три дня миссия была завершена из-за отказа системы энергопитания спутника. Запуск следующего спутника был назначен на 7 декабря 1968 г.

Обсерватория успешно проработала на орбите до 1973 г. и принесла немало плодов. Она была оснащена 11 телескопами, работающими в ультрафиолетовом режиме наблюдения, и различной фотометрической аппаратурой. Впервые было установлено, что вокруг комет присутствует многокилометровое водородное облако. Запуск следующего спутника с 38-дюймовым телескопом оказался также неудачным. А 21 августа 1972 г. был запущен четвертый спутник серии – орбитальная астрономическая обсерватория «Коперник». Обсерватория получила такое название в честь 500-летия со дня рождения Н. Коперника (1473—1543), создателя гелиоцентрической системы мира.

На своем борту обсерватория несла 80-сантиметровый телескоп Принстонского университета и детектор рентгеновского излучения, разработанный при Лондонском университет-колледже в научно-исследовательской лаборатории г. Мулларда. Спутник проработал 9 лет и принес немало открытий. С помощью обсерватории «Коперник» были сделаны высококачественные снимки спектров многих звезд, проведены обширнейшие исследования при помощи детектора рентгеновского излучения. В том числе были открыты несколько «долгих» пульсаров, период обращения которых вместо секунд составил несколько минут.

24 апреля 1990 г. на околоземную орбиту на высоту в 600 км шаттлом «Дискавери» был выведен космический телескоп «Хаббл». Его создание было совместным проектом Европейского космического агентства и NASA. Первоначально запуск телескопа на орбиту планировался в 1986 г., но из-за катастрофы шаттла «Челленджер» был отменен.

Телескоп предоставил возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, которые не пропускает земная атмосфера. В первую очередь это позволило регистрировать излучение в инфракрасном диапазоне. Разрешающая способность космических телескопов в несколько раз больше наземных. Масса космического телескопа с установленными приборами превышает 12 т, его длина – 13,3 м, а диаметр – 4,3 м. Размах солнечных батарей составляет 12 м.

Конструктивно телескоп представляет собой рефлектор Ричи-Кретьена, зеркало которого в диаметре составляет 2,4 м. В список оборудования, установленного на телескопе, входят навигационные сенсоры, оптические и инфракрасные спектрометр и камера, а также камера для наблюдения в широком диапазоне волн.

Помимо основной системы навигации, телескоп оснащен датчиками точного наведения для увеличения точности астрометрии. Изначально планировалось производить обслуживание телескопа не только на орбите, но и каждые пять лет спускать на Землю.

В итоге, опасаясь возможного повреждения телескопа при спуске, было решено остановиться на 3-годичном орбитальном обслуживании. За время работы на орбите было получено более 22 тыс. снимков звезд, туманностей и галактик, около 4 тыс. астрономов получили возможность проводить исследования при помощи телескопа.

31 октября 2006 г. Майкл Гриффин, который является администратором NASA, заявил, что в 2008 г. планируется последняя экспедиция на околоземную орбиту для ремонта и дооснащения телескопа. Будут отремонтированы спектрограф, который прекратил функционировать еще в 2004 г., датчик точного наведения. Планируется оснастить телескоп новым ультрафиолетовым спектрографом и широкоугольной камерой.

Помимо «Хаббла», сегодня на орбите работают еще два космических аппарата: космическая рентгеновская обсерватория, в состав которой входит телескоп «Chandra», запущенный на орбиту 23 июля 1999 г., и космический телескоп «Spitzer», запущенный 25 августа 2005 г. для исследования космоса в инфракрасном диапазоне.

Тормозной ракетный двигатель

Тормозной ракетный двигатель – ракетный двигатель, который используется для торможения при возврате космического аппарата на поверхность Земли. Торможение необходимо для снижения скорости космического аппарата перед входом в более плотные слои атмосферы. Не обеспечив достаточно низкую скорость, снижение и оптимальный угол входа, космический аппарат вследствие возникновения значительных поверхностных сил может получить серьезные повреждения, которые могут привести к разрушению космического аппарата во время спуска.

Тренажеры космические

Тренажеры космические – специальные установки, имитирующие условия космического пространства и космического полета. Используются для подготовки космонавтов, которые будут участвовать в космических полетах. Например, имитационная камера, или имитатор, позволяет с определенной точностью создать условия других планет. Такая камера позволяет отрабатывать в соответствующих условиях навыки работы в системе «человек – машина», в частности, возможна имитация аварийных ситуаций и отработки процедуры ремонта орбитальной станции.

Воздействие перегрузок, возникающих во время полета на космонавтов, исследуют в центрифугах. Кабина центрифуги имеет три степени свободы и обеспечивает создание перегрузок, действующих на космонавтов в любом направлении. Изменяя частоту вращения, можно моделировать условия старта, отделения ступеней ракеты-носителя и многие другие ситуации. В имитаторах линейных ускорений моделируют перегрузки торможения, которые могут возникать при входе в плотные слои атмосферы, при возврате на Землю, перегрузки при очень высоких скоростях и их быстром нарастании.

Для моделирования условий невесомости специально переоборудуют самолеты. Внутри самолета, летящего по баллистической кривой, космонавт может отрабатывать простые процедуры (прием пищи и т. п.), вход и выход из космического корабля. Но у этого тренажера есть существенный недостаток – кратковременность периода невесомости, длящегося в среднем 30 с.

Нередко в целях укрепления навыков или их первичного получения используются кинотренажеры, которые используют киноизображения в сочетании с прочими средствами имитации и отображения. Эти тренажеры позволяют космонавтам улучшить свои навыки, необходимые для работы в условиях космического полета, а также помогают отработать оптимальные действия на случай попадания во внештатную или аварийную ситуацию.

Тренажеры делятся на статические и динамические. Также различают несколько групп тренажеров. В первую группу входят тренажеры, предназначенные для ознакомления с работой систем космического корабля. Вторая группа включает в себя тренажеры, помогающие космонавтам изучить задачи, которые предстоит решать в космосе, и совершенствовать уже полученные навыки выполнения этих задач. Третью группу составляют макеты космических кораблей, которые точно дублируют внутреннее устройство оригиналов. В этих макетах моделируются условия, приближенные к реальности космического пространства. Воспроизводится шумовое сопровождение запуска ракеты-носителя, кинопроекторами и системами зеркал создаются виды Земли, Луны, звездного неба и их изменения, которые должны происходить при движении корабля. На панели управления воссозданы приборы, которые отображают всю необходимую космонавтам информацию. Изменения показаний приборов происходят в результате работы счетно-решающих устройств, которые сравнивают показания с заданными параметрами и вносят в эти показания соответствующие поправки.

Турборакетный двигатель

Турборакетный двигатель – комбинированная двигательная установка, которая сочетает в себе турбокомпрессорный воздушно-реактивный и ракетный двигатели. Был разработан для получения более выгодных характеристик по сравнению с характеристиками каждого двигателя в отдельности.

Турборакетный двигатель представляет собой комбинированную установку, элементы которой органически связаны между собой, а не работают как два отдельных двигателя. Ракетная камера, использующая унитарное топливо, одновременно является и газогенератором для турбины. Турбина, в свою очередь, приводит в действие воздушный компрессор. Воздух, нагнетаемый компрессором, подается в камеру дожигания, где дожигается использованный турбиной парогаз и сжигается дополнительно горючее, как и в форсажной камере турбокомпрессорного воздушнореактивного двигателя с дожиганием. В итоге при использовании такого типа двигателя мощность турбины не зависит от высоты полета, также снимается часть ограничений по скорости перемещения аппарата. Снижается вес по сравнению с комбинированной установкой, использующей два двигателя в качестве самостоятельных систем. Нельзя не заметить, что у турборакетного двигателя снижена экономичность в расходе жидкого топлива в сравнении с турбокомпрессорным воздушно-реактивным двигателем с дожиганием.

Фотоспутник

Фотоспутник – спутник, использующий фотокамеру или какие-то иные системы, обеспечивающие возможность производства фотоснимков с околоземной орбиты. Хотя первые советские спутники и были технически готовы к проведению фотосъемок с орбиты, что они и продемонстрировали в ходе своей работы, их трудно назвать полноценными фотоспутниками, ведь это не являлось основной задачей первых космических аппаратов.

Впервые возможность использования спутников для контроля состояния сельскохозяйственных угодий, лесов и прочих задач была показана в начале 60-х гг. XX в. С помощью спутников серии «Тирос» были получены и переданы на Землю очертания земного шара под облаками. Тем не менее наиболее полно возможность проведения съемок с орбиты была выяснена с первыми полетами человека в космическое пространство. Например, американский космонавт Г. Купер во время своего полета на корабле «Меркурий» смог разглядеть сеть транспортных магистралей, строения. Первоначально эта информация, а точнее, возможность наблюдения с высоты более 160 км столь мелких объектов, была отвергнута, но во время последующих полетов наблюдения с высоты были столь же впечатляющими. На некоторых снимках можно было отличить места после выпадения дождя и местность, так и оставшуюся засушливой.

С появлением первой информации появились и первые идеи, касающиеся открывающихся возможностей. Начали финансироваться разработки новых технических средств для получения фотографической информации из космического пространства. Для совершенствования техники были использованы достижения военных в областях, которые обеспечивали эффективную разведку с высоколетящих самолетов. Например, первые ИК-фотографии позволяли отделить участки здоровых и пораженных болезнями сельскохозяйственных культур.

Одной из самых первых областей, которая начала использовать возможности космической фотографии, стала картография. Изображения, которые передавал американский спутник «Лэндсат», позволили скорректировать и обновить уже существующие карты США. Основной масштаб, который обеспечивала космическая съемка, был 1 : 250 000, хотя можно было добиться и лучших результатов. В Советской Союзе фотоспутники, в частности фотографическое оборудование станции «Салют», широко использовались для выверки в ходе строительства железнодорожной трассы БАМ. Изображения, получаемые с фотоспутников, могут быть использованы для построения подробнейших карт, в том числе оказалось возможным составлять карты подводного рельефа. Эта возможность может быть использована в морской картографии с целью выявления и детального описания участков коралловых рифов для обеспечения безопасности мореплавателей.

Основным фактором, который обеспечивает перспективность космическому картографированию, является высокая скорость в сравнении с другими методами. В середине 70-х гг. XX в. НАСА в сотрудничестве с Министерством сельского хозяйства и Национальным управлением по исследованию океанов и атмосферы решили провести совместные исследования возможностей спутниковой системы в прогнозировании урожая сельскохозяйственных культур. В качестве подопытного объекта была выбрана пшеница. Результаты, которые выдала спутниковая система, оказались на редкость точными, и в дальнейшем эта система прогнозирования получила распространение на другие сельскохозяйственные культуры. Кроме области сельского хозяйства, спутниковая фотосъемка может оказать существенную помощь и лесному хозяйству. Все та же американская система спутников «Лэндсат» показала неоспоримые преимущества для оценки лесных угодий на обширных территориях любой страны. Посредством космической фотосъемки стало возможным управлять процессом вырубки и давать рекомендации по изменению районов вырубки с целью обеспечения наилучшей сохранности леса. Использование фотоизображений со спутника позволяет лесному хозяйству контролировать возникновение очагов возгорания лесных массивов и достаточно оперативно производить локализацию этих очагов с целью предотвращения дальнейшего распространения огня.

Современные приборы, которые используются на фотоспутниках, позволяют проникать не только на поверхность Земли, но и на расстояние более 20 м в морские глубины. Эта возможность дает океанографам информацию различного рода. Например, с помощью американской спутниковой системы «Лэндсат» стало возможным контролировать изменения направления путей течений, таких как Гольфстрим, Гольфлуп, Эль Нино. Это позволило не только снизить затраты на передвижение морских судов благодаря выбору наилучшей траектории передвижения, но и по расположению теплых границ в океане выдать информацию о местах скопления рыб семейства лососевых, которые активно добываются рыбаками Тихого океана. В Советском Союзе аналогичные функции выполняли спутники серии «Космос», а также станции серии «Салют» и «Мир», которых на сегодняшний день уже не существует.

Благодаря таким исследованиям стал возможным более эффективный сбор информации о поверхности суши и океана с целью рационального использования природных ресурсов. На основе первых данных о возможных перспективах фотосъемки постепенно была создана специальная спутниковая система, которая позволила оперативно собирать информацию различного рода. С помощью фотоспутников была значительно облегчена навигация судов в холодных морях. Для составления прогнозов о поведении льда и айсбергов необходима наиболее полная информация о температурах воздуха и моря, выпадении осадков, ветрах и течениях. Мониторинг такой информации в короткие сроки может обеспечить система спутниковой фотосъемки.

Если говорить о других странах, то необходимо упомянуть Индию, первый экспериментальный спутник наблюдения которой был запущен в 1979 г. при помощи советской ракеты-носителя. Одной из основных задач индийского спутника была функция прогнозирования начала муссонов, с которыми связана пересадка риса. Кроме этого, в задачи экспериментального спутника входили исследования возобновляемых и изменчивых во времени природных ресурсов, таких как леса, реки, прибрежная зона, которая подвергается эрозии, зоны затопления и возделываемая земля. Франция в 1978 г. объявила о введении в действие программы «СПОТ», которая являлась долгосрочной и предполагала проведение инвентаризации всех невозобновляемых и медленно возобновляемых ресурсов. Таким ресурсами являются минералы, ископаемые запасы топлива, запас пресной воды. В том числе эта программа предполагала мониторинг состояния сельского хозяйства и атмосферы. Также подразумевалась возможность отслеживать изменения в области океанографии, климатологии, а также следить за опасными природными явлениями, такими как наводнения, штормы, землетрясения и извержения вулканов.

Электрический ракетный двигатель

Электрический ракетный двигатель – ракетный двигатель, принцип действия которого основан на использовании, для создания тяги электрической энергии, получаемой от энергоустановки, находящейся на борту космического аппарата. Основная сфера применения – небольшая коррекция траектории, а также ориентация в пространстве космических аппаратов. Комплекс, состоящий из электрического ракетного двигателя, системы подачи и хранения рабочего тела, системы автоматического управления и системы электропитания, называется электроракетной двигательной установкой.

Упоминание о возможности использования в ракетных двигателях электрической энергии для создания тяги встречается в трудах К. Э. Циолковского. В 1916—1917 гг. были проведены первые эксперименты Р. Годдардом, и уже в 30-х гг. XX в. под руководством В. П. Глушко был создан один из первых электрических ракетных двигателей.

В сравнении с другими ракетными двигателями электрические позволяют увеличить срок существования космического аппарата, и при этом значительно снижается масса двигательной установки, что позволяет увеличить полезную нагрузку, получить наиболее полные массогабаритные характеристики. Используя электрические ракетные двигатели, можно сократить длительность полета к дальним планетам, а также сделать полет к какой-либо планете возможным.

В середине 60-х гг. ХХ в. активно велись испытания электрических ракетных двигателей на территории СССР и США, а уже в 1970-х гг. они использовались как штатные двигательные установки.

В России классификация идет по механизму ускорения частиц. Можно выделить следующие типы двигателей: электротермические (электронагревные, электродуговые), электростатические (ионные, в том числе коллоидные, стационарные плазменные двигатели с ускорением в анодном слое), сильноточные (элекромагнитные, магнитодинамические) и импульсные двигатели.

В качестве рабочего тела возможно применение любых жидкостей и газов, а также их смеси. Для каждого типа электродвигателя необходимо применять соответствующие рабочие тела для достижения наилучших результатов. Для электротермических традиционно применяется аммиак, в работе электростатических двигателей используется ксенон, в сильноточных – литий, а для импульсных наиболее эффективным рабочим телом является фторопласт.

Одним из главных источников потерь является энергия, затрачиваемая на ионизацию на единицу ускоренной массы. Преимуществом электрических ракетных двигателей является малый массовый расход рабочего тела, а также высокая скорость истечения ускоренного потока частиц. Верхняя граница скорости истечения теоретически находится в пределах скорости света.

В настоящее время для различных типов двигателей скорость истечения колеблется в пределах от 16 до 60 км/с, хотя перспективные модели смогут дать скорость истечения потока частиц до 200 км/с.

Недостатком является очень малая плотность тяги, также необходимо отметить: внешнее давление не должно превышать давление в ускорительном канале. Электрическая мощность современных электрических ракетных двигателей, применяемых на космических аппаратах, колеблется от 800 до 2000 Вт, хотя теоретическая мощность может достигать мегаватт. КПД электрических ракетных двигателей невысок и варьируется от 30 до 60%.

В ближайшее десятилетие этот тип двигателей в основном будет выполнять задачи по коррекции орбиты космических аппаратов, находящихся как на геостационарных, так и на низких околоземных орбитах, а также для доставки космических аппаратов с опорной околоземной орбиты на более высокие, например геостационарную.

Замена жидкостного ракетного двигателя, выполняющего функцию корректора орбиты, на электрический позволит снизить массу типового спутника на 15%, а если увеличить срок его активного пребывания на орбите, то на 40%.

Одним из наиболее перспективных направлений развития электрических ракетных двигателей является их совершенствование в направлении увеличения мощности до сотен мегаватт и удельного импульса тяги, а также необходимо добиться стабильной и надежной работы двигателя на более дешевых веществах, таких как аргон, литий, азот.

Электротермический ракетный двигатель

Электротермический ракетный двигатель – двигатель, в котором реактивную тягу создает струя газа, нагретого до высокой температуры. Нагрев происходит за счет воздействия электрической энергии. Электротермические двигатели можно разделить на два класса: электронагревные и электродуговые.

Изобретателем электротермического ракетного двигателя считается В. П. Глушко (1908—1989). Он был заведующим Газодинамической лаборатории. В 1929 г. был спроектирован опытный образец, но, к сожалению, впоследствии этот тип двигателя не смог вывести космический аппарат за пределы атмосферы, в результате чего все исследования в этом направлении были свернуты.

В качестве рабочего тела в электротермических двигателях используется плазма, в них кроме температурного нагрева используются электрические силы. Четкой классификации электротермических двигателей пока что не существует, хотя можно выделить несколько направлений по характеру рабочего тела, используемого в двигателе. Они делятся на плазменные, использующие неразделенную плазму для ускорения, и ионные, принцип действия которых основан на предварительном делении ионов и электронов плазмы при последующей нейтрализации электронами на выходе из сопла двигателя.

В свою очередь, первая подгруппа делится на термические, или электродуговые, двигатели с магнитным давлением и магнитоэлектрические. Термические двигатели особенны тем, что их можно применять в составном двигателе как источник горячей плазмы для другого типа ракетного двигателя, в котором будет осуществляться дальнейший разгон плазмы за счет иных сил, например, за счет магнитного давления либо пересекающихся электрических и магнитных полей. В плазменных двигателях теоретически может достигаться режим, имитирующий работу фотонного или квантового двигателя. Это достигается при дальнейшем повышении температуры (предположительно, достигнув температуры в 150 000 K, реализуется эффект излучения абсолютно черного тела, и энергия, вводимая или введенная в плазму, будет превращаться в излучение, световое давление которого может иметь внушительные параметры).

Электронное оборудование, рассчитанное на работу в условиях мощной космической радиации

Электронное оборудование, рассчитанное на работу в условиях мощной космической радиации, – это оборудование, которое, в отличие от базовой комплектации, снабжается дополнительными средствами защиты от негативных излучений. Наличие космической радиации, которая обусловлена наличием в радиационном поясе Земли и космическом пространстве потоков заряженных частиц, вынуждает ученых создавать специальные защитные покрытия, которые, будучи нанесенными на поверхность прибора, защитят его от негативного воздействия.

Ядерный ракетный двигатель

Ядерный ракетный двигатель – ракетный двигатель, принцип действия которого основан на ядерной реакции или радиоактивном распаде, при этом выделяется энергия, нагревающая рабочее тело, которым могут служить продукты реакций либо какое-то другое вещество, например водород. Существует несколько разновидностей ракетных двигателей, использующих вышеописанный принцип действия: ядерный, радиоизотопный, термоядерный. Используя ядерные ракетные двигатели, можно получить значения удельного импульса значительно выше тех, которые могут дать химические ракетные двигатели. Высокое значение удельного импульса объясняется большой скоростью истечения рабочего тела – порядка 8—50 км/с. Сила тяги ядерного двигателя сравнима с показателями химических двигателей, что позволит в будущем заменить все химические двигатели на ядерные.

Основным препятствием на пути полной замены является радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое наносят ядерные ракетные двигатели.

Их разделяют на два типа – твердо– и газофазные. В первом типе двигателей делящееся вещество размещается в сборках-стержнях с развитой поверхностью. Это позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело, обычно в качестве рабочего тела выступает водород. Скорость истечения ограничена максимальной температурой рабочего тела, которая, в свою очередь, напрямую зависит от максимально допустимой температуры элементов конструкции, а она не превышает 3000 K. В газофазных ядерных ракетных двигателях делящееся вещество находится в газообразном состоянии. Его удержание в рабочей зоне осуществляется посредством воздействия электромагнитного поля. Для этого типа ядерных ракетных двигателей элементы конструкции не являются сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 км/с. Могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, невзирая на утечку делящегося вещества.

В 70-х гг. XX в. в США и Советском Союзе активно испытывались ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе. В США разрабатывалась программа по созданию опытного ядерного ракетного двигателя в рамках программы NERVA Американцами был разработан графитовый реактор, охлаждаемый жидким водородом, который нагревался, испарялся и выбрасывался через ракетное сопло. Выбор графита был обусловлен его температурной стойкостью. По этому проекту удельный импульс полученного двигателя должен был вдвое превышать соответствующий показатель, характерный для химических двигателей, при тяге в 1100 кН. Реактор Nerva должен был работать в составе третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», но в связи с закрытием лунной программы и отсутствием других задач для ракетных двигателей этого класса реактор так и не был опробован на практике.

В настоящее время в стадии теоретической разработки находится газофазный ядерный ракетный двигатель. В газофазном ядерном двигателе подразумевается использовать плутоний, медленно движущаяся газовая струя которого окружена более быстрым потоком охлаждающего водорода. На орбитальных космических станциях МИР и МКС проводились эксперименты, которые могут дать толчок к дальнейшему развитию газофазных двигателей.

На сегодняшний день можно сказать, что Россия немного «заморозила» свои исследования в области ядерных двигательных установок. Работа российских ученых больше ориентирована на разработку и совершенствование базовых узлов и агрегатов ядерных энергодвигательных установок, а также их унификацию. Приоритетным направлением дальнейших исследований в этой области является создание ядерных энергодвигательных установок, способных работать в двух режимах. Первым является режим ядерного ракетного двигателя, а вторым – режим установки генерирующей электроэнергии для питания аппаратуры, установленной на борту космического аппарата.

Ядерный реактор

Ядерный реактор – источник энергии космического аппарата. Применяется в случаях, когда отсутствует техническая возможность использования каких-либо других источников энергии, например изотопных источников или солнечной энергии. Первым ядерным реактором, который прошел стадию испытаний на стенде и был успешно использован на космическом аппарате, считается американский SNAP-10A Реактор был размещен на космическом аппарате «Snapshot», масса которого составляла 440 кг. Запуск был осуществлен в апреле 1965 г. ракетой-носителем «Атлас».

В качестве топлива использовался уран-235, гидрид циркония выполнял функцию замедлителя, а натрий-калиевый расплав являлся теплоносителем. Электрическая мощность реактора составляла от 500 до 650 Вт, которая обеспечивалась термоэлектрическим преобразователем. Срок работы реактора – 43 дня. В результате ряда сбоев и ошибочного сброса деталей конструкции отражателя реактора его работу пришлось прекратить.

Советская разработка «Ромашка», первый запуск которой был осуществлен в Институте атомной энергии и датируется августом 1964 г., представляла собой реактор на быстрых нейтронах и имела одинаковую с американским реактором тепловую мощность в 40 кВт. Термоэлектрический преобразователь, используемый в этом реакторе, был создан на основе кремний-германиевых полупроводниковых элементов и позволял получить электрическую мощность порядка 800 Вт.

Создание «Ромашки» было обусловлено работой в паре с импульсными плазменными двигателями, но со смертью С. П. Королева была остановлена дальнейшая работа над реактором. В результате чего он так и не был опробован в космосе.

Первый аппарат, который нес на своем борту ядерную установку, был запущен Советским Союзом 3 октября 1970 г.

Ядерная установка «Бук» разрабатывалась с начала 60-х гг. XX в. в НПО «Красная Звезда». Реактор на быстрых нейтронах БР-5А выдавал тепловую мощность порядка 100 кВт.

Выходная электрическая мощность реактора, в качестве топлива в котором использовался уран, составляла около 3 кВт, которая получалась с помощью полупроводникового термоэлектрического генератора, являвшегося разработкой Сухумского физико-технического института.

За период с 1970 по 1988 г. было запущено 32 космических аппарата, которые использовали в ходе своей работы этот реактор. По окончании работы радиационно опасная часть отделялась, в результате чего становилась очередным техногенным объектом, который впоследствии стали называть «космическим мусором».

Раздел 20. Робото– и кибертехнологии

Военные роботы Irobot Packbot (робот-сапер)

iRobot Packbot (Робот-сапер) – компания «iRobot» разработала новый вид роботов, которые смогут заменить человека для проведения некоторых действий, опасных для людей.

Новая версия этого робота (iRobot Packbot 510) имеет усовершенствованное шасси, которое повышает маневренность и позволяет преодолевать некоторые виды препятствий, среди которых могут быть даже лестницы. Новая встроенная камера теперь стала цветной и может поворачиваться около своей оси на угол до 220°. К другим немаловажным характеристикам камеры относится 312-кратное увеличение, автоматическая фокусировка изображения, а также режим ночного видения. Как утверждают разработчики, новая версия этого робота имеет более простое управление, которое ведется с помощью всем известных джойстиков (геймпадов) и цифрового экрана, который связывается со встроенной камерой робота посредством радиосигналов частотой 2,4 ГГц. Связь может вестись на расстоянии до 1 км. Автономно работать робот может от 4 до 24 ч благодаря дополнительному аккумулятору. Робот может поднимать объекты весом до 13,5 кг, несмотря на то что его собственный вес составляет около 19 кг. Техническая характеристика робота: длина – 88 см, ширина – 51 см, высота – 19 см. Скорость робота может достигать 2,6 м/с (9,36 км/ч).

На сегодняшний день около 800 таких роботов по всему миру делают свою работу.

Домашний робот Irobot Rumba

iRobot Rumba – разработка компании «iRobot». Этот вид роботов предназначен для оказания помощи человеку в ведении домашнего хозяйства, в частности – чистки пола. Rumba использует искусственный интеллект для определения площади поверхности пола, а также определяет время выполнения в соответствии с параметрами комнаты. Превосходно очищает твердые поверхности, такие как дерево, линолеум, плитка, ковер и др. С помощью сенсоров робот может обнаруживать стены, обходя их стороной. Также возможно добавление виртуальной стены, чтобы ограничить область очистки. Rumba способен обнаруживать и обходить ступеньки. Дополнительные сенсоры обнаруживают большие скопления грязи. На подобные места робот тратит больше времени.

Высокоэффективный вакуум имеет широкий путь очищения и состоит из трех этапов очистки. Это вращающиеся щетки, которые способны очищать местность от крупных объектов, и вакуум, способный засасывать мелкие объекты, грязь, шерсть домашних животных и т. д.

В начале работы робот проходит путь в виде спирали, а затем может путешествовать по всей поверхности пола в любом направлении, которое зависит от параметров комнаты и степени загрязнения отдельных участков. Превосходный интеллект Rumba обнаруживает и проводит очистку вдоль стен, игнорируя столкновения с посторонними объектами.

Мощная батарея позволяет работать в непрерывном режиме до 120 мин. Заряжается батарея около 7 ч.

Искусственный интеллект

История развития Искусственного Интеллекта (ИИ)

Изначально в истории сложилось три направления ИИ:

  1) исследуются механизмы и структура работы мозга человека, а также происходит раскрытие тайн мышления. В этом направлении строятся модели, проводятся эксперименты, а также эти модели усовершенствуются;

  2) интеллектуальная деятельность в этом направлении моделируется с помощью ЭВМ, создаются алгоритмы для решения задач;

  3) симбиоз естественного и искусственного интеллектов. Создаются связи между машиной и человеком.

ИИ сначала применялся в простых задачах, таких как шашки и шахматы. Были построены многочисленные модели, которые могли играть с реальным человеком. При этом, когда машина играет с человеком, она сама обучается. Подобная машина однажды сразилась с лучшим американским игроком в шашки Р. Нили и победила. Такой результат был достигнут благодаря занесенным в машину правилам игры. А также она знала, что терять свои фигуры – это плохо, а брать чужие – хорошо. Основываясь на этом, машина просчитывала возможные ходы, а затем выбирала один из лучших и делала ход. Нельзя сказать, что все мог предусмотреть автор программы. Машина самостоятельно училась на накопленном опыте.

Еще одной логической игрой являются шахматы. Для того чтобы иметь хорошие шансы на победу, машина должна просчитывать все возможные ходы, а затем выбрать наилучший. Но это может показаться невозможным, потому что таких ходов могут быть миллионы. За то время было создано большое количество машин, которые могут играть в шахматы. А в 1974 г. проводился международный турнир между машинами. В нем выиграла советская машина с именем «Каисса». Известный факт проигрыша Каспарова компьютеру IBM с шахматной программой Deep Blue подтверждает потенциал искусственного интеллекта. Конечно, машина была довольно мощной (она состояла из 256 процессоров, каждый имел по 4 Гб памяти на жестком диске и по 128 Мб оперативной памяти). Такая машина могла просчитывать до 100 млн различных ходов в секунду.

ИИ может применяться не только для проведения игр с живыми людьми. Например, при его помощи создаются разнообразные переводчики текстов с одного языка на другой.

Принцип работы таких программ заключается в основных правилах и принципах перевода делового и разговорного текстов. Но все-таки подобные системы еще не доведены до совершенства.

Еще одной сферой применения ИИ является перцептрон – прибор для распознавания объектов.

Принцип его работы состоит из двух фаз: обучения и распознавания. В первой фазе машине предлагается запомнить некоторые объекты и класс, к которому они относятся. Вторая фаза заключается в том, что прибору предлагаются новые объекты (которые в первой фазе не использовались), и он должен распознать их и по возможности правильно определить класс.

Огромное значение ИИ имеет в робототехнике и кибернетике, практически ни один робот не обходится без его использования.

Первые роботы с ИИ появились в 1960-х гг. В те времена были простейшие модели, которые выполняли однотипную работу. Например, в 1969 г. в Японии был разработан робот, предназначенный для сборочно-монтажных работ. Такой робот имел всего 6 степеней свободы, а сейчас создаются роботы до 30 степеней свободы! Память такого робота составляла всего 32 000 слов. А экран был поделен на 64 × 64 ячейки. Робот распознавал объекты, которые ограничены цилиндрическими поверхностями либо плоскостями. Если объект был не полностью виден на экране, то робот поворачивался, захватывал объект, используя сенсоры, и производил необходимые действия.

Еще один из роботов того времени под названием ТАИР (транспортный автономный интегральный робот) был создан в Киеве (лаборатория, где больше всего внимания уделяли распознаванию речи и изображений). Он состоял из 3-колесного шасси, на котором находился блок управления и сенсорная система. Он был оснащен компасом, двумя маяками, датчиками наклона тележки.

Отличительной особенностью этого робота от всех являлось то, что в нем отсутствовал компьютер. ТАИР был оснащен нейроподобной сетью, реализующей различные алгоритмы: перемещения, обработки информации сенсоров, планирование поведения.

Системы ИИ

Среди крупномасштабных систем можно отметить.

  1. MICIN – система для диагностики инфекционных заболеваний. Проводит сканирование организма больного и выводит информацию о состоянии здоровья. В базе данных имеется около 450 правил.

  2. DENDRAL – система распознавания химических структур. Пользователь должен вводить некоторые данные спектрометрии и некоторую информацию о веществе, а машина выводит диагноз химической структуры вещества.

Различные подходы к построению систем ИИ

Существует много подходов для создания систем ИИ. Нет такого подхода, который мог бы превосходить другие, также нельзя считать, что один из них является ошибочным, а другой – правильным, потому что в данное время нет наиболее полной системы ИИ.

Можно выделить четыре главных подхода для построения систем ИИ. Первый из них – логический. Этот подход, возможно, возник вследствие того, что все в жизни имеет 2 состояния: работает (включено) и не работает (выключено). Например, компьютеры созданы на основе такой системы, которая называется битовой – от слова бит. Основой этого подхода является алгебра логики, или Булева алгебра (в честь математика Буля). Любой из программистов обязан ее знать, иначе даже самые простейшие операции будут недоступны. Суть этой алгебры – не только выяснение истинно ли выражение или нет; также она применяется для исчисления предикатов, причем алгебра дополнена предметными символами, отношениями между ними, кванторами существования и всеобщности.

В основном все системы ИИ, которые используют этот подход, представляются в виде машин, способных доказывать теоремы. Все исходные данные хранятся в базе данных, представленные аксиомами, а правила логического вывода этих теорем – как отношения между этими аксиомами. Каждая из таких машин имеет блок генерации цели, а система каким-либо способом пытается выполнить (доказать) эту цель как теорему.

При выполнении (доказательстве) цели проходят некоторые операции, которые необходимы для выполнения поставленной задачи. Мощность системы зависит от возможностей генератора целей и мощности самой машины доказательства теорем.

Для того чтобы создать полноценный ИИ, конечно, выразительности высказываний алгебры не хватит. Как раньше упоминалось, основой всех текущих ЭВМ служит бит – ячейка памяти. Поэтому логично, что то, что возможно создать, на ЭВМ можно представить в виде логики предикатов. Интересным фактом является то, что неизвестно, за какое время должно это происходить.

Для того чтобы добиться большей выразительности, этому подходу может быть присвоено такое направление, как нечеткая логика. Ее отличием является то, что она может принимать, кроме значений 0 и 1, также такие значения как 0,25; 0,5 и 0,75. Этот подход более четко выражает мышление человека, потому что он редко отвечает на поставленные вопросы только «да» или «нет», а также «не знаю», «может быть», «возможно». Но, например, на экзамене будут приниматься только четкие ответы – «да» или «нет».

Почти для всех логических методов характерна медленная работа из-за большой трудоемкости, так как машине приходится перебирать всевозможные варианты для доказательства необходимой цели. Поэтому хорошее качество работы могут гарантировать мощные машины, обрабатывающие большое количество информации за единицу времени, либо базы данных с необходимой информацией будут иметь меньший размер.

Следующий метод для построения систем ИИ – структурный подход. ИИ моделируется в виде модели человеческого мозга. Самой первой моделью был перцептрон Френка Розенблатта – это машина, обладающая искусственным интеллектом, умеющая различать предлагаемые объекты по каким-либо признакам и разделяющая их на классы, ранее указанные ей. Основной структурной единицей в подобных машинах является нейрон.

В конце концов начали возникать некоторые другие методы для построения систем ИИ при помощи структурного метода, которые получили название «нейронные сети». Так как существует множество методов, обладающих одинаковым названием, то они должны отличаться друг от друга какими-либо свойствами. Среди них наблюдаются алгоритмы для обучения нейронных сетей, строение отдельных нейронов и топология связей между этими нейронами. Одной из самых известных систем ИИ является нейронная сеть с обратным распространением ошибки. Другие две известные нейронные сети – это сети Хопфилда и стохастические нейронные сети.

Все нейронные сети нашли широкое применение для распознавания объектов и образов, в том числе и сильно зашумленных. Очень существенным отличием структурного метода от логического является легкое распараллеливание алгоритмов, а за счет этого – сильно растущая производительность. Еще одним отличием является то, что эти системы работают даже в состоянии, когда информация об окружающей среде не полностью известна, т. е. как и человек, машина может выдавать ответы, отличные от «да» и «нет», иногда высказывая мнение, что скорее близок один ответ, чем другой. Присутствует появление неуверенности.

Третий подход для построения систем ИИ – эволюционный. Очень сильно отличается от двух предыдущих подходов тем, что здесь огромная роль уделяется начальной модели и правилам, по которым она может изменяться.

Главным является то, что как модель может быть составлена как набор логических правил, так и сама нейронная сеть. Когда начальная модель и правила заданы, то достаточно запустить машину, после чего она начинает проверку всех возможных моделей, выбирая самые лучшие, и на их основании начинают генерироваться новые по самым различным правилам. Затем снова происходит отбор и новая генерация. И такой цикл повторяется много раз.

Можно сказать, что эволюционных моделей не существует, а присутствуют лишь алгоритмы, которым обучаются машины, но модели, которые создаются по этим алгоритмам, имеют некоторые особенности и поэтому заносятся в отдельный класс. Особенностями является перенесение основной работы создателя системы ИИ с построения модели на сам алгоритм, по которому она обучается и модифицируется, и то, что созданные впоследствии модели не способствуют извлечению новых знаний о среде, окружающей ИИ, т. е. эта модель становится вещью в себе.

Еще один из широко используемых подходов для реализации систем ИИ – имитационный. Очень часто применяется в кибернетике и является для нее классическим, например, как и термин «черный ящик» – устройство, которое не раскрывает данную модель, ее структуру, каким способом она построена, но сохраняет все входные и выходные данные.

«Черный ящик» – объект, поведение которого имитируется. Необязательно знать, что находится у этой модели внутри, как она функционирует, важно, чтобы эта модель в подобных ситуациях вела себя так же.

В этом подходе явно моделируется одно из основных свойств человека – копировать действия окружающих его людей. Для этого ему не нужно вдаваться в подробности. Очень часто эта особенность человека экономит ему силы, особенно в начале его жизни.

Как и все остальные подходы, этот тоже имеет недостатки. Основным является то, что приходится обрабатывать множество информации, и множество моделей, построенных с помощью этого подхода, имеют замедленное действие. Приведем пример «черного ящика». Например, кто-то следит за нами, точнее, какое-то устройство. Оно записывает всю информацию о том, что мы делаем в разных ситуациях, т. е. происходит наблюдение за входными данными. А также ведется анализ величин, которые от нас исходят, например речь, движения. В этом случае «черным ящиком» выступает человек. После всего этого устройство пытается построить модель таким образом, что при определенных сигналах на входе она могла бы выдавать то же самое, что и человек в этих же ситуациях. Можно сказать, что созданная модель является клоном реального человека, который имеет низкий уровень интеллекта. Можно пойти дальше и получить брата-близнеца с примерно такими же «мыслями».

Конечно, эта модель для других будет являться копией того человека, с которого она взяла все правила выражений, а внутри нее будет пустота. При этом копируются только внешние атрибуты. Но после смерти человек уже не будет думать, его сознание погаснет, а клон будет пытаться высказывать то, что мог бы предположить человек, если бы он не умер.

Согласно философским представлениям сознание представляет собой как бы небольшую надстройку над подсознанием. Она следит за некоторыми участками головного мозга, в которых происходит обработка конечной информации (зрительной, чувствительной), а после этого возвращает на начальные стадии обработки этой информации. А затем происходит такая же обработка еще раз, и мы слышим, видим, чувствуем и воспринимаем, что думает наш мозг. Если мы принимаем активное участие в таком процессе, то может появиться возможность мысленного моделирования окружающего пространства. Как раз такой процесс наблюдения за деятельностью в мозге и называется сознанием. Когда мы «слышим» и «видим» свои мысли, это значит, что мы находимся в сознании, иначе – в бессознательном состоянии.

Если бы можно было создать такую работу немногих «сознательных» нервных центров как один «черный ящик», а работу «супервизора» при помощи другого «черного ящика», можно было бы сказать, что данная созданная модель походит на меня, думает так же, как я. Это, конечно, достаточно сложно получить, потому что нужно провести массу опытов с интеграцией человеческого мозга и приборов, которые могут считывать с него информацию. Да к тому же в данное время не существует таких приспособлений, которые могли бы следить за ним годами и не мешать ему работать и жить.

Следует отметить, что не всегда при моделировании используется определенно один из этих подходов. Имеет место объединение двух или нескольких подходов для создания требуемого результата с максимальной производительностью.

Искусственная сетчатка

Ученые из Пенсильванского и Стенфордского университетов создали искусственную сетчатку глаза, которая в отличие от остальных, созданных ранее, отличается простотой. Первые сетчатки состояли из внешней камеры и компьютера для обработки визуальной информации и передачи ее в зрительный нерв. Новое устройство отличается тем, что в нем отсутствуют и камера, и компьютер. Она создана на основе кремниевого чипа и может помочь людям с ослабленным зрением. Моделью послужила сетчатка млекопитающих.

В чип встроены световые сенсоры, которые работают так же, как и реальная сетчатка глаза, фильтруя всю визуальную информацию и оставляя лишь ту, которая может быть использована, чтобы построить картину мира. Этот новый чип может быть имплантирован прямо в глаз, причем он сразу же непосредственно свяжется со зрительным нервом и будет передавать информацию в мозг.

Данный чип состоит из 5760 кремниевых фототранзисторов, выполняющих роль светочувствительных клеток сетчатки глаза. Причем эти фототранзисторы соединены еще с одним блоком, в котором имеется 3600 транзисторов, выполняющих роль нервных клеток сетчатки глаза, а точнее, совершают обработку визуальной информации и передают ее в мозг для дальнейшей обработки и анализа.

Новый протез сетчатки – микрочип, размеры которого 3,5 × 3,3 мм. Этот микрочип работает на том же принципе, что и сетчатка млекопитающих. В их мозг передается информация только в том случае, если в области видимости произошли какие-либо изменения. При этом отсекается ненужная информация, и в мозг передается ее лишь столько, сколько необходимо. Этот принцип может применяться не только в разработке подобных микрочипов, но также и в робототехнике.

Искусственное сердце Heart Turcica

Разработка искусственного сердца ведется турецкими учеными с 2005 г. Этот проект начал развиваться из-за того, что около 2—3 тыс. пациентов в Турции из полумиллиона нуждаются в пересадке сердца. Но большинство людей не могут себе это позволить, потому что цена за подобные услуги довольно большая, и ученые университета Yeditepe пытаются с помощью Heart Turcica сделать операцию по трансплантации сердца более дешевой.

Механическая рука

Нейл Уайт и Пол Чеппел не один год занимаются разработкой механического протеза. Сначала он мог выполнять лишь простейшие операции, такие как открытие дверного замка ключом и открытие консервной банки. Приведение пальцев в действие выполнялось при помощи моторов, каждый из которых как раз и приводит их к работе. Особая роль отводилась большому пальцу, который мог смещаться и вращаться, обеспечивая более устойчивый захват. Такая модель руки имела даже искусственную кожу, которая была пропитана множеством датчиков, определяющих температуру среды, которые будут предостерегать робота выполнять действия, которые могут принести повреждение. На данный момент механическая рука может держать даже пластиковый стаканчик. Это стало доступно благодаря датчикам, которые расположены на кончиках пальцев и определяют столкновение с объектом, вибрацию, реагируют на скольжение и давление, прилагаемое к предмету. Раньше, когда рука пыталась взять пластиковый стаканчик, она его просто сминала из-за того, что прилагалось большое количество силы. При уменьшении силы стаканчик соскальзывал из руки.

Для того чтобы уменьшить цену, использовались интегральные микросхемы на полимерных пленках (вместо кремния). В данное время проводятся эксперименты над механической рукой, она совершенствуется, и еще многого придется достичь. Конечно, планируется, чтобы работу руки контролировал мозг пациента, но пока управление выполняется посредством комбинации микрофонов и наушников.

Мягкий робот

Группой специалистов из университета Тафта предложена идея по созданию нового класса роботов, которые будут полностью мягкими.

Они смогут найти применение в медицине для проведения некоторых видов операций.

Первый прототип такого робота создан из силиконового эластомера и получил название SoftBot. Внутри такого робота имеются маленькие мышцы, которые управляются при помощи электронного интерфейса. Целью ученых будет создание систем и приборов для изготовления подобных роботов из биологических материалов.

Такие роботы будут обладать способностью непрерывной деформации и смогут сжиматься до очень маленьких размеров. Они смогут вскарабкиваться по неровным поверхностям, подниматься по веревкам и перемещаться внутри органических пространств.

Разработчики считают, что подобные роботы смогут найти широкое применение в медицине.

Также они могут использоваться на космических станциях для устранения поломок, так как смогут проникать в места, недоступные человеку.

Их можно применять и для решения других проблем в ограниченном пространстве.

Развлекательные роботы Sony Aibo

Развлекательные роботы Sony AIBO – новые роботы AIBO от компании Sony могут заменить домашних любимцев.

Этот вид роботов обладает первоклассным искусственным интеллектом. Благодаря большому числу сенсоров робот-собака чувствует прикосновения и передает эмоции через свой дисплей, состоящий из 28 светящихся точек. Общение с роботом позволяет ему чему-либо научиться. У AIBO есть две игрушки – розовый мячик и кость. При игре в мячик AIBO учится новым приемам, улучшает свою гибкость, ловкость.

Если его похвалить при игре с мячом, то он будет уделять этому занятию больше времени. Если поругать, AIBO перестанет стремиться играть с мячом и будет искать другие занятия. Но не только «собачьими» чувствами наделен AIBO. Он может также воспроизводить музыку с CD. Для этого достаточно перед его лицом показать обложку этого диска. AIBO способен подключаться к электронным приборам за счет беспроводной локальной сети и проигрывать музыку.

Немаловажной функцией AIBO является напоминание о важных встречах. Также он способен сделать для вас цветную фотографию и отправить на электронный адрес. Датчик на спине собаки служит для изменения режима дня. На груди у AIBO имеется динамик, с помощью которого он может разговаривать с людьми. У собаки есть режим охраны, при котором AIBO будет следить за движущимися объектами, записывать их и передавать по электронной почте. Благодаря многочисленному программному обеспечению в Интернете всегда можно найти что-то новое и обучить своего щенка новым поведениям и играм.

Робот Slugbot

Робот Slugbot – один из самых необычных роботов. Имеет вращающуюся клешню длиной 1,8 м с когтем на конце. С ее помощью робот может отлавливать слизняков. Садоводы могут приобрести подобное «существо» по цене 1 тыс. евро.

Разработчики утверждают, что робот имеет систему глобального позиционирования GPS и сможет возвращаться на свою базу, если батарея разрядилась или его емкость становится полной. Также одной из его особенностей является то, что робот сможет жить на воле, питаясь слизняками, которые при разложении выделяют газ метан, преобразуемый роботами в электричество, – совсем как хищник.

Робот Robowoods

Теперь за нас даже в гольф умеют играть… Студент из Флориды создал двух роботов, которые умеют играть в гольф.

Первый при помощи сенсоров определяет метку для мяча и кладет его в нужное место, а второй, имеющий укороченную клюшку, пытается попасть мячом в лунку. Определение положения мяча и лунки происходит при помощи ИК-сенсоров, встроенных в робота. У робота есть проблемы с дальнобойностью, и пока текущие правила не позволяют роботам принимать участие в игре в гольф. Размеры робота небольшие – их можно сравнивать с коробкой из-под обуви. Цена робота составляет около 500 долл.

Робот Hoap-1

В 2001 г. компания Sony создала робота с именем HOAP-1, который имеет операционную систему RT-Linux. Робот может подключаться с помощью USB-порта к компьютеру. Так как весь код робота не скрыт, то хозяева робота могут программировать ему новые действия и поведение. Это также привлекает других разработчиков роботов, которые могут основываться на коде робота HOAP-1. Данная модель робота имеет 20 степеней свободы, что позволяет ему двигаться подобно человеку. Камера позволяет запоминать всю необходимую информацию, включая лица людей, с которыми ему приходилось общаться.

Изощренный искусственный интеллект робота находит кратчайший путь между двумя точками, обходя препятствия. Рост робота составляет около 48 см, а вес – 6 кг.

В 2004 г. появилась новая модель такого же робота – HOAP-3. Эта модель включает все возможности предыдущих роботов HOAP-1 и HOAP-2, а также имеет немало важных новшеств.

У новой версии робота улучшена система перемещения и возможности общения с внешним миром. Микрофон, камера, некоторые индикаторы, сенсоры – все это приближает робота к человеку и поднимает его способности взаимодействовать с живыми людьми. Эта модель также имеет 28 степеней свободы движения. Рост этой модели составляет 60 см, вес – 9 кг.

Робот-амфибия Salamandra Robotica

Группа ученых из Швейцарии и Франции разработали модель спинного мозга первых земноводных. На основе этой модели был создан робот-амфибия Satemandra Robotica, управляемый посредством ПК.

Робот может перемещаться, плавать, менять направление движения и скорость, подчиняясь командам, посылаемым с компьютера на его спинной мозг. Тем самым ученые из этой модели сделали вывод, что возможность передвижения по суше земноводных не требовала эволюционного скачка в развитии головного мозга. А эта модель робота-саламандры показывает, что для этого необходимо было просто модифицировать спинной мозг, например угря.

Робот-андроид H-7

Робот-андроид H-7 разработан группой компаний при участии корпорации Kawada Этот робот имеет весьма необычную систему движения, перемещаясь боком волновым шагом. Этот робот имеет 30 степеней свободы, т. е. на 10 больше, чем робот HOAP-1, и на 2 больше, чем HOAP-3. У каждой конечности присутствует по 6 степеней свободы. Это приближает робота к более естественному виду и проявляет наиболее похожее на человека поведение. Все сочленения робота приходят в действие за счет электромоторов. Робот оснащен искусственным интеллектом, который определяет траекторию перемещения робота, а также следит за соблюдением равновесия, которое препятствует падению робота. Хотя робот предназначен для автономного использования, на демонстрациях все-таки используют зарядные устройства.

Команды роботу можно загрузить при помощи беспроводной связи Ethernet. Принцип его работы, как и роботов серии HOAP, построен на операционной системе RT-Linux. Робот воспринимает окружающий мир при помощи стереоскопического «зрения». Рост робота составляет 147 см, вес – 58 кг. Но разработчики не планируют распространять робота для повседневного использования, а остаются только на стадии экспериментирования.

Робот-вертолет БПЛА

Российская компания KVAND разработала малогабаритный беспилотный робот-вертолет. Он может применяться для исследования местности, проводить слежение за газо– и нефтепроводами, вести поисковые работы. Он способен развивать свою скорость до 150 км/ч благодаря двум турбореактивным двигателям. Так как его размеры небольшие, БПЛА может выполнять посадку даже в самых ограниченных местах.

Робот-гуманоид Asimo

Робот-гуманоид ASIMO – компания Honda постоянно совершенствует свое детище под названием Asimo. Данный робот с каждым годом все больше походит на человека и может выполнять все более «человеческие» функции.

Сначала, когда только рождался робот, его главной задачей было преодоление препятствий и умение правильно ходить. Время пробуждения его составляло около 400 мин. Теперь же, когда этому роботу исполняется 5 лет (робот производится с 2000 г.), он может выполнять роль секретаря, показывая посетителям правильную дорогу, а время включения и инициализации занимает всего 4 мин.

Единственное, что ему пока не удается, – улыбаться. Каждый посетитель должен иметь при себе интегральную схему, на которой записано имя этого посетителя, приглашение пройти в какое-либо место и другая информация.

Робот прочитывает эту микросхему и подстраивается под клиента. Когда все готово, робот берет посетителя за руку и ведет в необходимое место. Скорость робота также подстраивается под обслуживаемую персону и может достигать 6 км/ч (в то время как максимальная скорость робота 2004 г. составляла лишь 3 км/ч).

Также Asimo способен перевозить тележки тяжестью до 10 кг по коридорам, правильно размещая и поворачивая их, избегая столкновений с другими объектами. Еще одна из функций робота компании Honda – возможность переносить подносы с продуктами и аккуратно размещать его на столе клиентов. В данном роботе используются сложнейшие приемы современных высоких технологий (многочисленные датчики, системы для распознавания голоса и изображений).

Робот-гуманоид Papero

Компания NEC продолжает усовершенствовать своего робота с именем PaPeRo (Partner-Type Personal Robot), а точнее – персональный робот для взаимодействия с человеком, который обладает самыми современными информационными технологиями.

Робот напичкан датчиками, сенсорами, имеет две камеры. Поэтому он может реагировать на прикосновения, передавать изображения в сеть, запоминать лица общающихся с ним людей. Рост такого робота составляет всего 38 см, а он умеет делать некоторые дела по дому, а также играть с детьми. Такой робот используется и как средство связи.

Новые модели – более умные, и с ними приятнее разговаривать, потому что теперь они могут запоминать персон, с которыми происходило взаимодействие, воспринимать жесты. Данный робот имеет память 512 Мб и жесткий диск на 40 Гб. Новая модель, названная Children PaPeRo, как можно понять из названия, адресована детям. Этот робот может передавать изображения, которые он снимает своей камерой в глазах. А также у него имеется система шумоподавления, которая может воспринимать речь одного из людей, с которыми он общается даже в шумных помещениях. А еще он может воспринимать речь сразу нескольких людей одновременно через микрофоны или вблизи робота.

Некоторые версии робота также могут вести мультимедийные блоги.

Когда пользователь начинает разговаривать с PaPeRo о событиях своего дня, происходит инициализация системы, записывающая всю его речь для того, чтобы затем ее проанализировать. После этого робот ищет в сети Интернет необходимую информацию, среди которой могут быть изображения, музыка и другие мультимедийные данные, которые впоследствии загружаются и сохраняются в пользовательском блоге. Также робот имеет большой словарь, который соединен с системой распознавания речи. Эта система преобразует речь пользователя, разделяя ее, и видеосообщения для того, чтобы вести поиск данных в сети Интернет.

Теперь у компании Nec есть планы по дальнейшему совершенствованию своего робота. А точнее, разработчики хотят сделать робота, который помогал бы людям, имеющим проблему передвижения, а также чтобы он мог выполнять простую работу по дому.

Робот-двигатель

В Новосибирске завершена отладка нового электронного двигателя, который отличается от обычного отсутствием механического редуктора и наличием электронного блока управления. Этот двигатель в 4 раза меньше обычного и гораздо легче аналогов. Этот робот-двигатель сохраняет возможности своего редукторного предшественника, причем он переходит в разряд робототехники. Например, если его поместить в рулевую колонку автомобиля в качестве усилителя, он быстро изменяет параметры в соответствии со скоростью движения, типом грунта и прочими внешними факторами. Рождению этого двигателя предшествовала большая работа новосибирских ученых, которым первым удалось определить высокую точность расчета магнитных полей. Электронная начинка этого двигателя позволила моделировать любые параметры первого в мире «робота-двигателя». Это сразу же привлекло интерес производителей систем управления, а также из сферы авто-, самолето– и судостроения.

Робот-дегустатор

Японская компания Nec снова радует нас своими роботами, которые постоянно применяются в повседневной жизни. Они помогают нам по дому, развлекают детей, помогают охранять объекты, передавать необходимые материалы и т. д. В этом тысячелетии мы, возможно, смешаемся с роботами. Так вот, новый робот теперь может определять сорта вин. Принцип его работы основан на инфракрасном излучении, подаваемом светодиодами, и поглощении различными винами этого света. В зависимости от этого также будет меняться длина волны. Как уверяют разработчики робота, он сможет определить около 30 вин за 30 с. Но так как в разных уголках мира виноградные лозы имеют разную структуру, то также робот наделен функцией безошибочного определения страны-производителя вина. Некоторые роботы имеют даже возможность определять сорта некоторых продуктов. Поскольку память таких роботов остается небольшой, если дать роботу определить пошехонский сыр, он долго будет справляться со своей задачей.

Однажды произошла интересная история, когда журналисты наблюдали за таким роботом. Когда журналист поднес руку к этому роботу, то он охарактеризовал ее как бекон. Тогда оператор тоже самое проделал и был охарактеризован острой копченой ветчиной. В будущем разработчики роботов, а именно компания NEC, намереваются улучшить дегустационные способности своего робота.

Робот-землекоп

Ученые из лаборатории Национального Аэрокосмического агентства разработали миниатюрных роботов-землекопов. Они могут работать группами, снабжены искусственным интеллектом и могут работать без контроля человека. По сравнению со своими предшественниками они менее габаритны. Могут быть даже посланы на Марс для изучения поверхности планеты. Роботы-землекопы устроены таким образом, что служат одновременно землекопом и самосвалом. Также они могут приготавливать подземные жилища для научных экспедиций. Каждый из таких роботов весит по 3,6 кг.

Робот-змея «Змеелок»

Роботы-змеи предназначены для перемещения по разным поверхностям, могут вскарабкиваться по наклонным плоскостям, плавать в жидкости, а также передвигаться внутри щелей и каналов. Могут использоваться для обнаружения дефектов поверхностей. Такие роботы начали разрабатываться в Японии фирмой Hirose c 1970-х гг.

В 1980-х гг. начали появляться разработки таких роботов в западных странах, а в России это первый подобный проект. Он появился из-за того, что, по мнению многих ученых, змеи и их способ передвижения являются уникальными и сложными, поэтому возникла мысль попытаться воспроизвести передвижение реальной змеи с помощью робота. Такой робот назван «Змеелок». Он состоит из 15 звеньев, у каждого имеется по 2 степени свободы и соответственно управляется 2 сервоприводами. На змее всего установлено 30 сервоприводов. А также расположена камера видеонаблюдения, которая передает изображения оператору на ноутбук с разрешением 640 × 480. Связь с роботом и ноутбуком установлена при помощи com-порта. Был выбран такой тип связи робота с панелью управления, потому что этот способ реализации наиболее прост и дешев и потому что эти работы осуществляли студенты университета. Всего на робота было потрачено около 50 тыс. руб. Робот-змея имеет кодовое имя «Змеелок-1».

Среди его возможностей имеются следующие:

  1) возможность взбираться по наклонным поверхностям с углом наклона до 300°;

  2) скорость перемещения составляет всего 0,5 м/с, что в 2—3 раза меньше, чем скорость таких же роботов западных и восточных разработчиков;

  3) может двигаться по заранее спланированному маршруту или управляться при помощи ноутбука;

  4) имеет несколько типов передвижения: боковое движение, прямолинейное движение, боковое изгибание, пространственное движение, перемещение в каналах, продвижение с опорой на боковые ограничения.

Сейчас ведутся разработки второй версии такого робота с именем «Змеелок-2». Финансирование проекта увеличено до 500 тыс. руб., и будут осуществлены некоторые дополнительные возможности, среди которых появится связь с пультом управления при помощи защищенных радиоканалов, новые виды передвижения, улучшенные сервоприводы, способствующие увеличению скорости передвижения робота.

Роботы, корчащие гримасы

В скором будущем маски смогут изменять выражение лица. Это будет доступно благодаря технологии электроактивных полимеров. Заказ сделан военными силами США, но только неизвестно, в каких целях будут применяться подобные изобретения. Устройство довольно просто.

Полимеры сокращаются при наложении внешних электрических полей. Для сокращения требуется небольшой электрический ток, но большое напряжение – несколько сотен вольт. Переменные сокращения полимеров вызываются переменным током небольшой частоты. Ученые модифицировали созданные полимеры для предоставления сокращения мышц не только лица, но и туловища. Эта технология может применяться не только для маскарадов на праздниках, но также и для выражения эмоций роботов.

Робот-кот Necoro

Конечно, нам приятнее гладить лохматую зверюшку, нежели лысого робота. Именно на этом и сфокусировалась японская компания Omron. На вид робот-кот напоминает обычного живого кота, да и повадки его очень уж похожи на живого. Вот только единственным недостатком таких котов является отсутствие возможности перемещения.

По всему телу NeCoRo расположены сенсоры. Все они расположены в местах, на которые реагируют живые кошки. Например, за ушками. Еще важной способностью является то, что кот видит не глазами, а носом, потому что там у него находятся визуальные сенсоры. Шерсть робота мягкая, приятная на ощупь. Его так и хочется погладить, поласкать. В ответ он будет мурлыкать или выражать одну из множества эмоций. Этот робот-кот использует 48 реальных кошачьих звуков, благодаря которым он может выражать эмоции от крайнего гнева до полнейшего блаженства. Он создает мнимое предположение привязанности к хозяину при общении с ним. Выражая эмоции, кот также может вытягивать лапки, ложиться, вставать на все 4 лапы, рычать.

Кроме этих особенностей кот несет и терапевтическую ценность. Пожилым людям более полезно общаться с такими котами, лаская их, нежели детям.

А еще NeCoRo играют особую роль для больных синдромом Альцгеймера, потому что в помещениях с такими больными запрещено жить живым кошкам и собакам. И в некоторые такие дома в Америке приезжают люди-добровольцы со своими собаками или кошками, которые зарегистрированы как «терапевтические».

Робот-муха

Рон Фиеринг из университета штата Калифорния уже на протяжении более трех лет работает над созданием миниатюрных роботов, которые копируют поведение мух. Эти роботы умеют жужжать и вилять в воздухе, но в данное время имеют ограниченные возможности полета. В дальнейшем робот будет развиваться. Им заинтересованы военные, которые собираются его использовать, а также медики, собирающиеся применять робота как дополнение к роботу-хирургу для проведения операций внутри тела. Это поможет применять меньше травмирующих медицинских инструментов.

Робот-мышь Robochu

Японская компания Konami разработала роботов-мышей двух видов – с голубыми ушками (Tocchi) и c розовыми ушками (Chicchi). Эти роботы предназначены детям в возрасте от 3 до 7 лет. Они по мере жизни со своим хозяином «растут». Благодаря искусственному интеллекту мыши развиваются, изучают новые виды игр. Сначала они просто-напросто бегают по прямым траекториям, затем, когда достигают шестилетнего возраста, могут играть практически в настоящее сумо, а также устраивать гонки.

Мышки ведут себя по-разному в зависимости от настроения. Если мышка больна, ее можно вылечить легким поглаживанием глаз. Также необходимо заботиться о сытости мышек. Их нужно периодически снабжать едой одного вида вскармливания либо скачать другие виды кормления из Интернета. А еще можно скачать и «лекарство» от различных болезней мышки. Со временем, когда Robochu достигает определенного возраста, она может познакомиться с другой мышкой и назначить ей свидание. Размеры робота составляют 66 × 59 × 110 см (Д × Ш × В).

Робот-официант

Вместо того чтобы платить официантам зарплату, проще купить робота. Он может не только показывать клиентам свободный столик и сопровождать их, но также принимать заказы, которые посетители произносят в микрофон робота, а сигнал передается поварам. Один из гонконгских ресторанов обслуживает подобный робот. Правда, заказы у него принимаются нажатием на кнопку, находящуюся на животе. Глаза-лампочки придают роботу элегантности, и некоторые посетители ресторана приходят не только чтобы заказать еду или отдохнуть, а чтобы поглазеть на этого самого робота.

Робот-птица

Ученые Шаньдунского научно-технического университета в Китае проводили ряд экспериментов в робототехнике. Таким образом, они создали электронный чип, который имплантируется птице в мозг и управляется посредством дистанционного управления. Так как чип имплантирован в разные отделы мозга, он может управлять разными поведениями. Например, успешно проводились опыты с изменением траектории полета птицы и приземлением птицы в заранее выбранное исследователями место.

Робот-сиделка

Возможно, самым умным и наиболее полезным является так называемый мобильный робот с искусственным интеллектом для ухода за престарелыми людьми. Один из них обслуживает дом престарелых в штате Пенсильвания. Искусственный интеллект робота осуществлен двумя компаниями на базе процессоров Intel Pentium 4. Конечно, на вид он не особо красив, но много сердец завоевал этот робот. Он оснащен микрофоном и динамиками, с помощью которых робот может общаться с внешним миром, имеются звуковые сенсоры для определения местоположения и избегания столкновения с объектами. Пока в данное время робот слишком дорог (цена составляет 100 тыс. долл.) и, соответственно, непригоден для персонального использования. Этот робот создавался объединенными усилиями четырех университетов. Проект финансируется компанией Intel, которая и позволила роботу обладать столь умным искусственным интеллектом. Это говорит о том, что робот подстраивается под своего хозяина во время общения с ним. На данный момент у создателей робота– сиделки есть несколько целей по улучшению своего «детища»:

  1) напоминание пациентам о необходимости принятия лекарства, процедур, посещения врача и т. д.;

  2) возможность общаться с врачом удаленно по сети Интернет, используя робота. Это является очень важным, потому что не все пожилые больные способны передвигаться, и это может сократить количество посещений врача;

  3) обращение с бытовыми приборами, такими как микроволновые печи, холодильники, стиральные машины и т. д.;

  4) будут постоянно следить за состоянием пациентов. Это поможет снизить риск возникновения сердечных приступов или повышения сахара в крови;

  5) возможно, в дальнейшем эти роботы будут общаться более полноценно, что позволит избавиться пациентам от чувства разрыва связи с внешним миром. Например, роботы смогут поговорить о телепередачах или обсудить последние новости.

Потребность в таких роботах возникла в связи с тем, что в скором времени может возникнуть ситуация, когда процент пожилых в большинстве стран мира вырастет, о них будет некому заботиться, потому что на всех не хватит незаменимых специалистов-сиделок. Роботы не хотят оттеснить человека от этого дела, а лишь помочь ему справиться с этой задачей. Причем на этом в США хотят сократить расходы на здравоохранение.

Робот-собака Robodog

Роботы-собаки используются в некоторых сферах.

Во-первых, это, несомненно, игрушка, которая доставляет большую радость, особенно детям. Такие собаки не совсем приближены к роботам, потому что лишены искусственного интеллекта и имеют на вооружении всего лишь несколько незамысловатых фраз и действий. Во-вторых, это веб-камеры. Такие роботы-собаки называются USB RoboDog Cam. Эта собака подключается напрямую к компьютеру при помощи USB-кабеля. Данная собака имеет встроенную в нос 0,35-мегапиксельную камеру, которая может записывать видео с разрешениями 640 × 480, 320 × 240, 160 × 120, а также с частотой 30 кадров в секунду. Это камера класса low-end.

Конечно, можно приобрести более профессиональную и высококачественную веб-камеру, но эта стоит всего-навсего 22 долл., а также имеет оригинальную форму, которая может привлечь детей и собаководов и к тому же может выполнять несколько простых команд, например лечь или сесть.

В-третьих, существует робот RoboDog, который спел Путину гимн России после совещания. Этого робота представил японский премьер-министр. Очень странно, что обычные роботы-собаки в Японии обычно не поют ни по-русски, ни по-японски, но зато они приносят тапки.

Робот-хирург

Действительно ли могут точные роботизированные устройства заменить чувствительные пальцы хирурга? Ученые из больниц и медицинских школ отвечают на этот вопрос положительно. Ряд работ был проведен под руководством Аллисон Окамуры.

Ученые пытаются передавать тактильные ощущения от робота к оператору. Используя подобные устройства, хирург имеет трехмерное изображение операционного поля и может перемещать инструменты в теле пациента. Такой тип устройств не передает хирургу никаких тактильных ощущений, тем самым не ограничивая его возможности. Есть два метода, при которых хирурги могут получать тактильные ощущения от робота-хирурга.

Первый заключается в том, что инструмент, которым работает врач, оборудован сенсорами, которые как раз и передают ему информацию о прилагаемой силе к инструментам. Второй метод заключается в построении математической модели инструмента, которая представляет движения инструментов, а также передает хирургу необходимые тактильные ощущения. Оба метода имеют и преимущества, и недостатки. Первый метод наиболее точен, но сенсоры очень дороги. Второй метод обходится дешевле, но имеет замедленное действие. При помощи подобных устройств хирургу будут передаваться тактильные ощущения и на дисплей экрана отображаться необходимые данные. Например, если хирургу необходимо зашить шов, то при работе с инструментом и приложении к нему усилий на дисплее будут высвечиваться красные, желтые и зеленые круги, которые отображают прилагаемую силу и означают чрезмерную силу, усилие, приближающееся к красной черте, и адекватное усилие соответственно.

Роботы-шершни

В Израиле создается новый вид оружия. Это маленькие летающие роботы-убийцы, которые могут преследовать, фотографировать и уничтожать цели. Их главная цель – находить труднодоступные объекты, такие как ракетные установки, и производить необходимые операции.

Сами по себе размером они не больше шершня. Имеют кодовое название «биологический шершень». Планируется, что это оружие будет создано через 3 года.

Чипы-имплантанты Veri Chip

Чипы-имплантанты – новая отрасль применения искусственного интеллекта. Такие чипы могут быть помещены под кожу человека при помощи специального шприца, и при этом не остается никаких последствий подобных операций. Применяться подобные чипы могут в медицине. Каждому пациенту можно завести электронную карточку, которая всегда будет находиться при нем. Информация с этих чипов считывается при помощи специальных сканеров. Тесты с такими чипами проходили лишь только над животными, причем протестировано было около 1 млн. Проведение экспериментов с людьми вызывает опасения у правозащитников. Да к тому же эти чипы могут отслеживать положение и перемещение людей. А это влияет на свободу человека и ущемляет его права. Поэтому людям опасаются вживлять такие чипы. В то же время компания Cyberkinetics проверяет, может ли машина читать мысли человека. При этом чипы-имплантанты помещаются не под кожу рук или ног, а в мозг.

Сначала, конечно, проводились опыты на обезьянах, и после их успешного окончания компания получила разрешение на проведение опытов на людях. Планируется внедрить пятерым парализованным пациентам эти чипы и проверить их возможности. Эти чипы считывают электрические сигналы нейронов мозга и затем передают информацию машине подобно телепатии.

Также подобные чипы начали применяться в некоторых заведениях. Клиенты, в которых внедрены чипы, могут оплачивать свои заказы всего лишь взмахом руки, что позволяет сэкономить время, не тратя его на длинные очереди. Эти чипы содержат информацию о номере банковского счета клиента, с которого снимается определенная сумма денег.

Экзоскелет нижних конечностей (Bleex)

В определенных случаях многое зависит от времени. Успеют ли пожарные или спасатели спасти людей, а солдаты вовремя добежать до «горячей» точки. Конечно, нужно еще с собой нести тяжелый груз. Поэтому было изобретено такое устройство, которое надевается на ноги и позволяет более легко и быстро перемещаться.

С такой машиной интеллект человека и непревзойденная сила машины объединяются вместе. Эта машина не приводится в работу нажатием кнопки «пуск». Она взаимодействует с человеческими конечностями благодаря 40 датчикам. Сам экзоскелет весит около 45 кг. Если в рюкзак положить груз массой около 33 кг, то действительный вес, который придется человеку нести, будет составлять около 2 кг. Так как разработка BLEEX ведется за счет финансирования компанией DARPA, то он попадет в первую очередь к американцам. Данный экзоскелет состоит из двух механических ног, каркаса в форме рюкзака и батареи. Он найдет применение в армии. Ведение боя примет другой вид. Даже если солдат не захочет идти в наступление, то работу этого экзоскелета можно провести с помощью внешнего управления компьютера. Таким образом, будет выполняться работа «не хочу, но надо»

Оглавление

Введение

Раздел 1. Транспортная техника

  Автобус

  Автодрезина

  Автомобиль

  «Амфибия»

  Аэробот (аэросани)

  Бункер-поезд

  Восстановительный поезд

  Грузовой поезд

  Грузопассажирский поезд

  Дирижабль

  Катер

  Канатная дорога

  Ледокол

  Лифт

  Локомотив

  Микроавтобус

  Милицейский автомобиль

  Мотоцикл

  Паровоз

  Пароход

  Пассажирский поезд

  Поезд-снегоочиститель

  Поезд-снегоуборщик

  Пожарный автомобиль

  Пожарный поезд

  Почтово-багажный поезд

  Реанимобиль

  Рефрижераторный поезд

  Самолет

  Сейнер

  Скоростной однорельсовый поезд

  Скутер

  Снегоход

  Спецавтомобиль для транспортировки радиоактивных отходов АЭС

  Судно

  Судно на воздушной подушке

  Танкер

  Трамвай

  Трансатлантические лайнеры

  Траулер

  Троллейбус

  Тягач

  Фуникулер

  Хозяйственный поезд

  Штабелер

  Электровоз

  Эскалатор

Раздел 2. Производственная техника

  Автоклав

  Башенный кран

  Бурильная машина

  Велосипедный кран

  Водоотливные насосы

  Врубовая машина

  Горный комбайн

  Гребнечесальная машина

  Деревообрабатывающий станок

  Доменная печь

  Железнодорожный кран

  Зубообрабатывающий станок

  Индукционно-плавильная печь

  Кабельный кран

  Канатная пила

  Кантователь

  Картоноделательная машина

  Ковочные машины

  Козловый кран

  Кольцевая печь

  Координатно-расточный станок

  Кузнечно-штамповочные машины

  Кран судовой (плавучий кран)

  Кран-укосина

  Мостовой кран

  Ротационная печатная машина

  Наборная машина

  Пакетоформирователь

  Перегонный аппарат

  Перегружатель

  Передвижной башенный кран

  Пневмоколесный кран

  Погрузчик

  Подъемный кран

  Полупортальный кран

  Портальный кран

  Пресс для изготовления кирпича

  Прокатный стан

  Самоходный кран

  Сновальная машина

  Станок по производству бумаги (бумагоделательная машина)

  Стационарный (настенноконсольный) кран

  Трепальная машина

  Трубопрокатный стан

  Чесальные машины

  Элеватор (грузоподъемник)

  Электрокар

Раздел 3. Сельскохозяйственная техника

  Аэрозольный генератор

  Ветряная мельница

  Виноградниковый плуг-рыхлитель

  Водяная мельница

  Водяное колесо

  Волокуша

  Гончарный круг

  Дисковая борона

  Дождевальные машины

  Доильная установка

  Доильный аппарат

  Дробилка

  Жатка

  Зубовая борона

  Каток полевой

  Комбайн

  Косилка

  Культиватор-растениепитатель

  Кустарниково-болотный плуг

  Лущильник

  Мала

  Маркер

  Молотилка

  Ножной гончарный круг

  Оборотный плуг

  Опрыскиватель

  Опыливатель

  Паровой культиватор

  Планировщик

  Пресс-подборщик

  Пропашной культиватор

  Разбрасыватель органических удобрений

  Садовый плуг

  Свеклоуборочный комбайн

  Сошник

  Трактор

  Триер

  Туковая сеялка

  Универсальная сеялка

Раздел 4. Дорожно-строительная техника

  Автовышка

  Автогрейдер

  Автогудронатор

  Автопогрузчик

  Авторемонтная машина

  Автосамосвал

  Асфальтобетоноукладчик

  Бетононасос

  Бетоносмеситель

  Бетоноукладчик

  Битумовоз

  Бульдозер

  Виброкаток

  Виброплита

  Виброплощадка

  Грейдер-элеватор

  Землечерпальная машина (снаряд)

  Драга

  Измельчительные устройства

  Кабелеукладчик

  Канавокопатель (траншеекопатель)

  Каток

  Кирковщик

  Ковш

  Конвейер

  Копатель колодцев

  Корчеватель

  Крановая техника

  Кран автомобильный

  Кран пневмоколесный

  Машина по уборке улиц

  Мусоровоз

  Нарезчик швов

  Осветительное оборудование для трасс

  Раздельщик трещин

  Скрепер

  Снегоуборочная техника

  Трамбовка

  Трамбующая машина

  Трейлер

  Триммер

  Трубоукладчик

  Установка для откачки воды – насосная установка

  Цементовоз

  Цементораспределители

  Щебнеукладчики

  Экскаватор

Раздел 5. Механические устройства

  Автостроп

  Амортизатор

  Архимедов винт

  Баба

  Байонет

  Балансир

  Блок

  Болт

  Борштанга

  Вал

  Вальцы

  Ванкеля двигатель

  Вариатор

  Вертлюг

  Вибратор

  Винт

  Винтовой конвейер

  Вкладыш

  Водоподъемная машина

  Водоподъемное колесо

  Волновая передача

  Ворот

  Втулка

  Гайка

  Гибкий вал

  Гиперболоидная передача

  Главная передача

  Глобоидная передача

  Гребенка

  Грейфер

  Грейферный механизм

  Дебаланс

  Дезинтегратор

  Делительная головка

  Дисмембратор

  Дифференциал

  Дифференциальный винтовой механизм

  Домкрат

  Дробилка

  Жаккарда машина

  Жернов

  Задний мост

  Заклепка

  Замок (в механике)

  Звено (в механике)

  Золотник

  Зубчатая передача

  Зубчатое колесо

  Зубчатое соединение

  Зубчатый механизм

  Каландр

  Канифас-блок

  Кантователь

  Карданный механизм

  Каретка

  Картер

  Кинематическая пара

  Кинематическая цепь

  Кинетостатика механизмов

  Ковш (в технике)

  Коленчатый вал

  Колесо

  Компенсатор

  Компенсация

  Конвейер

  Кондуктор

  Копр

  Коробка подач

  Коробка скоростей

  Коромыслово-кулисный механизм

  Кран-укосина

  Кривошип

  Кривошипно-коромысловый механизм

  Кривошипно-ползунный механизм

  Кронштейн

  Кулачковый вал

  Кулачковый механизм

  Кулачок

  Кулиса

  Кулисный механизм

  Крейцкопф

  Крейцкопфный двигатель

  Лебедка

  Лебедка двухскоростная

  Леникс

  Матрица

  Маховик

  Медогонка

  Мельницы

  Механизм

  Молот-редуктор

  Мультипликатор

  Муфта

  Натяжной ролик

  Ниппель

  Нория

  Оправка

  Ось

  Отбойный молоток

  Патрон

  Планшайба

  Плунжер

  Подшипник

  Ползун

  Полиспаст

  Полуось

  Поршень

  Поршневая машина

  Пресс

  Раздаточная коробка

  Распределительный вал

  Реверс

  Револьверная головка

  Редуктор

  Роликоподшипник

  Рольганг

  Рычажный механизм

  Рым

  Сваебойное оборудование

  Свайный молот

  Скип

  Стойка

  Строп

  Свободного хода механизм

  Синтез механизмов

  Стопор

  Ступица

  Суппорт

  Сцепление

  Таль

  Тельфер

  Тормоз

  Тормоз грузовой

  Торсион

  Трансмиссия

  Транспортер

  Трикотажная машина

  Тумблер

  Фальцовка

  Фальцирующий механизм

  Фрикционная передача

  Фрикционный механизм

  Храповый механизм

  Цанга

  Цапфа

  Цевочный механизм

  Цепная передача

  Цепь

  Цилиндр

  Чебышева параллелограмм

  Червячная передача

  Черпаковый подъемник

  Шайба

  Шарикоподшипник

  Шарнир

  Шарнирные муфты

  Шарнирный механизм

  Шатун

  Шевронное колесо

  Шестерня

  Шип вала

  Шлицевое соединение

  Шнек

  Шпилька

  Шпиндель

  Шплинт

  Штифт

  Шток

  Эвольвентное зацепление

  Эксцентрик

Раздел 6. Военная техника

  Глава 1 Стрелковое оружие

    Автомат

    Автоматическое оружие

    Арбалет

    Аркебуза

    Базилика (пушка)

    Базука

    Баллиста

    Бездымные пороха

    Берданка

    Бомба

    Бомбарда

    Бомбомет

    Брандскугель

    Браунинг

    Вальтер

    Винтовка

    Винчестер

    Гаубица

    Гильза

    Граната

    Гранатомет

    Единорог

    Заряд

    Затвор

    Карабин

    Картечница

    Картечь

    Кольт

    Кольта револьвер

    Кремневое оружие

    Кулеврина

    Лафет

    Максим

    Маузер

    Мина

    Миномет

    Мины морские

    Модфа

    Мортира

    Мушкет

    Наган

    Нарезное оружие

    Огнестрельное оружие

    Орудие артиллерийское

    Парабеллум

    Патрон

    Петарда

    Пистолет

    Пистолеты автоматические

    Пистолет-пулемет

    Пистон

    Пищаль

    Пистолет Макарова (пм)

    Порох

    ППД

    ППС

    ППШ

    Приклад

    Прицелы

    Пулемет

    Пуля

    Пушка

    Револьвер

    Ружье

    Ручной пулемет

    Самоходная артиллерийская установка

    Смит-Вессон

    Снаряды артиллерийские

    Сорока

    Станковый пулемет

    Стрелковое оружие

    ТТ

    Фальконет

    Фаустпатрон

    Фердинанд

    Шкас

    Швак

    Шнеппер

    Шрапнель

    Штуцер

  Глава 2 Химическое, ракетное и другое оружие

    Адамсит

    Акустическая бомба

    Атомное оружие

    Бактериологическое оружие

    Баллистическая ракета

    Би-газ

    Би-зет

    Бомба

    Водородная бомба

    Воспламенительные составы

    Газомет

    Головка самонаведения

    Горчичный газ

    Греческий огонь

    Духовое оружие

    Духовое ружье

    Зарин

    Заряд

    Зоман

    Иприт

    Крылатая ракета

    Лакриматоры

    Люизит

    Межконтинентальная баллистическая ракета

    Напалм

    Огнемет

    Отравляющие вещества

    Пневматическое оружие

    Прицелы

    Ракетное оружие

    Ракеты боевые

    Реактивное оружие

    Реактивный снаряд

    Сарбакан

    Сумпитан

    Табун

    Термоядерное оружие

    Таран

    Торпеда

    Торпедный аппарат

    Тротиловый эквивалент

    Фау

    Фосген

    Химическое оружие

    Хлорпикрин

    Хлорциан

    Шашка дымовая

    Электромагнитное микроволновое оружие

    Ядерная бомба

    Ядерное оружие

    Ядерный заряд

  Глава 3 Взрывная техника

    Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества

    Бикфордов шнур

    Бомба

    Брандер

    Бризантность

    Взрыватели

    Взрывная машинка

    Гексоген

    Граната

    Гранулотол

    Детонатор

    Детонирующий шнур

    Динамоны

    Зажигательный фитиль

    Запал

    Инженерные мины

    Кумулятивный заряд

    Мина

    Морская мина

    Огнепроводный шнур

    Пентолит

    Пиротехнический замедлитель

    Подрывная машинка

    Ручная граната

    Свинца азид

    Тенерес (тринитрорезорцинат свинца, ТНРС)

    Тетрил

    Тротил

    ТЭН

    Фугас

    Электродетонатор

    Ядерный заряд

  Глава 4 Боевые машины

    Авианосец

    Амфибия

    Аркбаллиста

    Артиллерийский корабль

    Баллиста

    «Барс»

    БВ 206С

    «Березина»

    Боевая машина пехоты

    Боевая разведывательная машина

    Бомбардировщик

    Бомбардирский корабль

    Бриг

    Бригантина

    Бронеавтомобиль

    Броненосец

    Бронепоезд

    Бронетранспортер

    «Варяг»

    «Вездеход»

    «Веста»

    Вертолетоносец

    «Владимир»

    Вспомогательные суда Военно-Морского Флота

    Галеас

    Галера

    Галеон

    «Гвоздика» 2С1

    Гелеполь

    Гидрокрейсер

    Гичка

    Гребной корабль

    «Гремящий»

    Десантные корабли

    Дредноут

    «Ермак»

    ИС-2

    Истребитель

    Истребитель-бомбардировщик

    КА-50 «Черная акула»

    Канонерская лодка

    Катапульта

    Катер

    «Катюша»

    КВ-1

    Клипер

    Корабль военный

    Корвет

    Корвет «Си шедоу»

    КП Z 2000

    Крейсер

    Линкор

    М113А1

    М-4 (Bison)

    М4А1 Sherman

    Метательные машины

    Миноносец

    МК 5 «Чифтен»

    Онагр

    «Орел»

    Осадная техника

    ОС-64 «Топаз»

    «Пантера»

    Параван

    Пароход

    Плавучая батарея

    Подводная лодка

    Противолодочный корабль

    Рейдер

    Роф лидс

    Самолеты военно-морского флота

    Самоходная артиллерия

    Сау «нона-свк»

    Скампавея

    «Стерегущий»

    «Стрела 10мз»

    СУ-27К

    Танк

    Танкетка

    Т-34

    Т-62

    Тачанка

    Тендер

    «Тигр»

    Тральщик

    Трирема

    ТУ-95 Bear

    ФМБТ

    Фрегат

    «Челленджер-3»

    Шлюп

    Шнява

    Штурмовик

    Эсминец

    «Eurokopter Tiger»

    «Eurokopter AS 550 U2 Tennec»

Раздел 7. Авиационная техника

  Авиационные преобразователи электрической энергии

  Авиационный ракетный двигатель

  Авиетка

  Автожир

  Автомат перекоса

  Астрономические навигационные устройства и системы

  Аэродромные подвижные двигатели генераторной установки

  Аэродромные средства энергоснабжения авиационных потребителей

  Аэродромный электромотор

  Аэростат

  Бортовые навигационно-посадочные устройства

  Бортовые средства объективного контроля

  Вертолет

  Воздушно-реактивный двигатель

  Гидросамолет

  Грузовой самолет

  Грузопассажирский самолет

  Дирижабль

  Транспортные заправщики

Раздел 8. Медицинская техника

  Автоклав

  Автоклав медицинский

  Автоклав паровой с предвакуумом

  Аппарат вакуумной терапии

  Аппарат для искусственной вентиляции легких

  Аппарат лазерной терапии

  Аппарат ультразвуковой терапии

  Аудиометр

  Аэросолярий

  Бормашина

  Бронхофиброскоп

  Гастродуаденоскоп

  Гастрофиброскоп

  Дефибриллятор

  Кипятильник дезинфекционный

  Колонофиброскоп

  Кольпоскоп

  Комплекс суточного мониторирования электрокардиограммы и артериального давления

  Компьютеризированная система оповещения

  Компьютерный томограф

  Компьютерный тонометр

  Компьютерный электрокардиограф

  Микроскоп

  Миостимулятор

  Облучатель бактерицидный настенный

  Облучатель бактерицидный передвижной

  Операционный светильник

  Офтальмоскоп

  Рентгеновская камера

  Рентгеновский аппарат

  Рентгеновский гониометр

  Рентгеновский дифрактометр

  Рентгеновский микроскоп

  Спирограф

  Спирометр

  Стерилизатор

  Сушильностерилизационный шкаф

  Термоконтейнеры

  Термостат

  Хирургический аспиратор

  Хирургический вакуумный аспиратор

  Хирургический отсасывающий насос

  Цифровой спектрофотометр

  Электрокардиограф

  Электрокардиограф трехканальный

  Электрокардиограф шестиканальный

  Электроэнцефалограф

  Электроэнцефалограф компьютерный

Раздел 9. Теплотехника. Энергетика

  Аккумулятор

  Атомный реактор

  Быстрый реактор

  Ветроагрегат

  Ветродвигатель

  Ветроэнергетика

  Вихревая топка

  Вихрекамерный двигатель

  Водо-водяной реактор

  Водонагреватель

  Водотрубный котел

  Воздухоподогреватель

  Газовая турбина

  Газовый двигатель

  Газогенератор

  Газодизель

  Газотурбинный двигатель (ГТД)

  Газотрубный котел

  Гелиоконцентратор

  Гелиоустановка

  Гетерогенный реактор

  Гидравлическаятурбина

  Гидравлический двигатель

  Горелка

  Графитоводный реактор

  Графитогазовый реактор

  Двигатель внутреннего сгорания

  Дизель

  Змеевик

  Золотник

  Инерционный двигатель

  Испаритель

  Исследовательский реактор

  Камера сгорания

  Камерная топка

  Карбюратор

  Карбюраторный двигатель

  Компрессор

  Конденсатор

  Конденсационная турбина

  Корпусный реактор

  Котел

  Котел-утилизатор

  Котельная установка

  Крейцкопфный двигатель

  Линия электропередачи

  Паровая машина

  Паровая турбина

  Пароводяная смесь

  Паровой котел

  Парогазотурбинная установка

  Парогенератор

  Пароперегреватель

  Паросиловая установка

  Пневмодвигатель

  Поршневая машина

  Прямоточный котел

  Пусковой двигатель

  Реактивная турбина

  Реактор-размножитель

  Реакторы химические

  Регенератор

  Регулирующий стержень

  Рекуператор

  Ресивер

  Ротор

  Сварочная горелка

  Свеча зажигания

  Слоевая топка

  Солнечная батарея

  Солнечная печь

  Солнечная энергетическая установка

  Солнечный термоэлектрический генератор

  Сопло

  Стирлинга двигатель

  Тепловая труба

  Тепловой насос

  Тепловой реактор

  Тепловыделяющий элемент

  Теплообменник

  Теплофикационная турбина

  Теплофикационный котел

  Термостат

  Термоэлектрический генератор

  Топка

  Тронковый двигатель

  Турбина

  Турбокомпрессор

  Турбокомпрессионный двигатель

  Турбовинтовой двигатель

  Турбореактивный двигатель

  Турбогенератор

  Тяжеловодный реактор

  Факельная топка

  Форсунка

  Хемоядерный реактор

  Хладоноситель

  Холодильная машина

Раздел 10. Электротехника

  Автономный источник электропитания

  Автотрансформатор

  Адаптер

  Аккумулятор

  Аккумуляторная батарея

  Ампер-весы

  Амперметр

  Асинхронная муфта

  Асинхронная электрическая машина

  Асинхронный генератор

  Асинхронный электродвигатель

  Башмак (технический)

  Бесконтактная аппаратура

  Бобина

  Бумажный конденсатор

  Ван-Де-Граафа генератор

  Варикап

  Вариконд

  Вентиль электрический

  Вентильный электропривод

  Возбудитель электромашины

  Вольтодобавочный трансформатор

  Вольтметр

  Выключатель

  Выпрямитель электрический

  Выпрямительный столб

  Газонаполненный кабель

  Газоразрядный прибор

  Газотрон

  Галетная батарея

  Генератор постоянного тока

  Гистерезисный электродвигатель

  Грозозащита

  Грозоотвод

  Динамомашина

  Динамометр

  Динатронный генератор

  Диэлектрики

  Диэлектрический усилитель

  Игнитрон

  Импульсный генератор напряжения

  Импульсный генератор тока

  Импульсный модулятор

  Импульсный трансформатор

  Заземление

  Зарядное устройство

  Измерительный трансформатор

  Индуктор

  Источники света

  Источники тока

  Кабель

  Катушка индуктивности

  Коллектор

  Коллекторный двигатель

  Командоаппарат

  Коммутатор

  Конденсатор

  Конденсаторный электродвигатель

  Контактная аппаратура

  Контроллер

  Линейный трансформатор

  Линия электропередачи

  Машина переменного тока

  Машина постоянного тока

  Микродвигатель электрический

  Микроэлектромашина

  Микромер индуктивный

  Мультивибратор (технический)

  Плата

  Полевой транзистор

  Преобразовательная техника

  Реактор электрический

  Резистор

  Релаксатор

  Релаксационный генератор

  Реле

  Релейная защита

  Реостат

  Репульсионный электродвигатель

  Ротор

  Рубильник

  Санатрон

  Свинцовый аккумулятор

  Синхронная машина

  Синхронный генератор

  Синхронный компенсатор

  Синхронный электродвигатель

  Стабилизатор электрический

  Стартер

  Тахогенератор

  Тензорезистор

  Тесла трансформатор

  Тригатрон

  Триггер

  Триммер

  Трохотрон

  Турбогенератор

  Тяговый электродвигатель

  Ударный генератор

  Умножитель частоты

  Умформер

  Универсальный электрический двигатель

  Униполярный генератор

  Управляющая вычислительная машина

  Успокоитель

  Фазовращатель

  Фазовый фильтр

  Фазоинвертор

  Фазометр

  Фазорегулятор

  Фазосдвигающая цепь

  Фазоуказатель

  Факсимильный аппарат

  Фантастрон

  Феррид

  Цепная схема

  Цифровая вычислительная машина

  Электрическая машина

  Электрический генератор

  Электрический двигатель

  Электролитический конденсатор

Раздел 11. Гидротехника. Гидравлика. Вакуумная техника

  Адсорбционный насос

  Бустерный насос

  Вакуумный насос

  Водяное колесо

  Винтовой (или забойный) двигатель

  Винтовой насос

  Водяная (гидравлическая) турбина

  Водяной затвор

  Геттерный насос

  Гидравлическая турбина

  Гидравлический таран

  Гидрант пожарный

  Гидроагрегат

  Гидрогенератор

  Гидродвигатель

  Гидростат

  Гидроэлеватор

  Диффузионные насосы

  Забойный двигатель

  Инжектор

  Криосорбционные насосы

  Магнитные электроразрядные насосы

  Сегнерово колесо

  Сифон гидротехнический

  Струйные насосы

  Турбомолекулярные насосы

  Эжектор

Раздел 12. Измерительная техника. Метрология

  Акселерометр

  Альтиметр

  Амперметр

  Анемометр

  Анероид

  Ареометр

  Арретир

  Астролябия

  Атомные часы

  Астатический прибор

  Аэромагнитометр

  Баллистический гальванометр

  Барометр

  Батитермограф

  Болометр

  Буссоль

  Бутирометр

  Вакуумметр

  Вариометр

  Варметр

  Ватерпас

  Ваттметр

  Веберметр

  Векторметр

  Весы

  Виброграф

  Вискозиметр

  Влагомер

  Вольтметр

  Времяимпульсный датчик

  Высотомер

  Вязкостный вакуумметр

  Газовый термометр

  Гальванометр

  Гамма-спектрометр

  Гигрометр

  Гипсотермометр

  Гировертикаль

  Гироорбитант

  Глубиномер

  Гониометр

  Гравиметр

  Градиентометр

  Давление датчик

  Дальномер

  Датчик

  Деформационный вакуумметр

  Дилатометр

  Динамометр

  Дифманометр

  Длиномер

  Дозатор

  Дозиметры

  Емкостный датчик

  Жидкостный вакуумметр

  Жидкостный термометр

  Зенит-телескоп

  Измерительный магазин

  Индукционный измерительный прибор

  Инклинометр

  Ионизационная камера

  Ионизационный вакуумметр

  Измерительный генератор

  Измерительный мост

  Измерительный прибор

  Измерительный трансформатор

  Индуктивный датчик

  Калибратор

  Калориметр

  Квадрант

  Квантовый магнитометр

  Кварцевые часы

  Колориметр

  Компаратор

  Компрессионный вакуумметр

  Консистометр

  Координатомер

  Коррелометр

  Координатноизмерительная машина

  Кронциркуль

  Ксилометр

  Курвиметр

  Лекало

  Логометр

  Лот

  Люксметр

  Магнитоэлектрический измерительный прибор

  Магнесин

  Магнитный потенциометр

  Магнитометр

  Манометр

  Мареограф

  Мегаомметр

  Метеорограф

  Метеорологическая ракета

  Механотрон

  Микрокатор

  Микрометр

  Микрофотометр

  Миниметр

  Мора весы

  Направленный ответвитель

  Нефеломеры

  Нивелир

  Нитяной дальномер

  Нулевой прибор

  Нутромер

  Оксиметр

  Омметр

  Оптикатор

  Оптиметр

  Оптические дальномеры

  Осциллограф

  Отсчетное устройство

  Пантометр

  Параметрические датчики

  Перемещения датчик

  Пикнометр

  Пипетки

  Пиранометр

  Пиргелиометр

  Пиргеометр

  Пирометры

  Пито-Прандтля трубка

  Плотномер

  Плювиограф

  Поляриметр

  Потенциометр

  Профилометр

  Психрометр

  Пьезометр

  Радиовысотомер

  Радиодальномер

  Радиозонд

  Радиометр

  Радиометрический вакуумметр

  Радиосекстант

  Радиоспектрометр

  Расходомер

  Резольвометр

  Резистивный датчик

  Реостаты

  Реостатный датчик

  Рефрактометры

  Ртутный термометр

  Самописец

  Сахариметр

  Сверхпроводящие термометры

  Светодальномер

  Секстант

  Секундомер

  Синусная линейка

  Склерометр

  Склероскоп

  Солнечные часы

  Солнечный магнитограф

  Спектральная лампа

  Спектрометр

  Спектрополяриметр

  Спектрофотометр

  Спидометр

  Стереометр

  Стереоскопический дальномер

  Стробоскоп

  Струнный датчик

  Таймер

  Тахеометр

  Тахометр

  Тензометр

  Теодолит

  Тензорезисторы

  Тепловой вакуумметр

  Термисторы

  Термоанемометр

  Термобарометр

  Термометр сопротивления

  Термопара

  Терморезистор

  Термоэлектрический прибор измерительный

  Тесламетр

  Токовые весы

  Трансформаторный датчик

  Угломер

  Уголковый отражатель

  Универсальный прибор

  Уровнемер

  Фазометр

  Фарадметр

  Ферродинамический прибор

  Феррозонд

  Феррометр

  Флюгер

  Флюксметр

  Фотометр

  Фотоэлектрические датчики

  Холла эдс датчик

  Хронограф

  Хронометр

  Хроноскоп

  Цифровая индикаторная лампа

  Цифровой прибор

  Частотомер

  Часы

  Часы (прибор)

  Шагомер

  Штангенинструмент

  Щуп

  Эвольвентомер

  Эклиметр

  Электрические часы

  Электрический счетчик

  Электродинамический прибор

  Электроизмерительный прибор

  Электромагнитный прибор

  Электрометр

  Электрометрическая лампа

  Электроскоп

  Электростатический прибор

  Электрохимический преобразователь

  Эрстедметр

  Эхолот

Раздел 13. Радиотехника, телевидение, фотокинотехника, аудиотехника, свч-техника, связь

  Автогенератор

  АТС

  Бленда светозащитная

  Блокинг-генератор

  Вариометр

  Варистор

  Вибратор герца

  Видеокамера

  Видеоусилитель

  Видоискатель

  Генератор качающейся частоты

  Генератор с самовозбуждением

  Генераторная лампа

  Декадно-шаговый искатель

  Детектор

  Дешифратор

  Диаскоп

  Директорная антенна

  Дискриминатор

  Диссектор

  Задающий генератор

  Замкнутая телевизионная система

  Запоминающий электронно-лучевой прибор

  Затвор фотографический

  Звуковоспроизведение

  Звукозапись

  Зеркальная антенна

  Измерительный генератор

  Изолятор

  Иконоскоп

  Камера-обскура

  Камера с бегущим лучом

  Кинескоп

  Кинопроекционный аппарат

  Киносъемочный аппарат

  Киноустановка

  Кинопроекционный экран

  Кинопроекционный объектив

  Компендиум

  Контргрейфер

  Космическое телевидение

  Лампа бегущей волны

  Лампа-вспышка

  Лампа обратной волны

  Линия задержки

  Линия передачи (данных)

  Магнетрон

  Магнитола

  Магниторадиола

  Магнитофон

  Магнитофонная приставка

  Микроволновая печь

  Микромодуль

  Микрофон

  Микшер

  Модуль

  Модулятор

  Моноскоп

  Насадочная линза

  Обтюратор

  Объектив

  Объемный резонатор

  Очки поляроидные

  Подводное телевидение

  Полевой транзистор

  Приемная телевизионная трубка

  Приемно-усилительная лампа

  Проекционное телевизионное устройство

  Проекционный аппарат

  Промышленное телевидение

  Проявочная машина

  Радар

  Радиоволновод

  Радиовысотомер

  Радиодальномер

  Радиокомпас

  Радиола

  Радиолокатор

  Радиолокационный маяк

  Радиолокационная станция

  Радиолокация

  Радиомаяк

  Радионавигационная система

  Радиопеленгация

  Радиоприемник

  Радиосвязь

  Радиостанция

  Радиотехника

  Радиоэлектроника

  Рамочная антенна

  Растр телевизионный

  Растровые оптические системы

  Растровый экран

  Рация

  Резистор

  Рекордер

  Релаксатор

  Релаксационные генераторы

  Ретранслятор

  Ромбическая антенна

  Рупорная антенна

  Сверхвысоких частот техника

  Свип-генератор

  Секам

  Селектор каналов

  Сенситометр

  Синтезатор

  Синхронизирующая приставка

  Скачковый механизм

  Скиатрон

  Смеситель

  Стабилотрон

  Стереоскопический фотоаппарат

  Стержневая лампа

  Супергетеродинный радиоприемник

  Супериконоскоп

  Суперортикон

  Телевидение

  Телевизионная антенна

  Телевизионная передающая камера

  Телевизионный растр

  Телевизор

  Телекинопроектор

  Телеобъектив

  Телескопическая антенна

  Транзистор

  Трансфокатор

  Трансформатор

  Трюкмашина

  Фазированная антенная решетка

  Фазовая диаграмма

  Фазовращатель

  Ферритовая антенна

  Фильмоскоп

  Фильтр электрический

  Фонограф

  Фотографический увеличитель

  Фоторужье

  Фототрансформатор

  Фотоэлектрический экспонометр

  Хромоскоп

  Хронизатор

  Цветное телевидение

  Циркулятор

  Цифровое телевидение

  Цокль

  Штатив

  Штекер

  Штыревая антенна

  Щелевая антенна

  Экспонометр

  Электронная лампа

  Электронно-световой индикатор

  Электропроигрыватель

  Электрофон

  Эпидиапроектор (эпидиаскоп)

  Эпипроектор (эпископ)

Раздел 14. Электроника и вычислительная техника

  Информатикаарифметическое устройство

  Арифмометр

  Бареттер

  Видеоадаптер

  Винчестер

  Вычислительная машина

  Гибридная вычислительная система

  Графекон

  Декатрон

  Дешифратор

  Дискета

  Дисплей

  Запоминающее устройство

  Ибикон

  Инвертор

  Интернет

  Ионный микроскоп

  Ионный проектор

  Квантовый усилитель

  Клавиатура компьютера

  Компьютер

  Магнитный диск

  Мазер

  Машина логического вывода

  Микропроцессор

  Модем

  Молекулярный генератор

  Мультиплексор

  Мышь

  Оперативное запоминающее устройство

  Операционный усилитель

  Оптический диск

  Оптрон

  Ортикон

  Перемножающее устройство

  Перфокарта

  Полупроводниковый детектор

  Полупроводниковый диод

  Полупроводниковый лазер

  Потенциалоскоп

  Принтер

  Рентгеновская трубка

  Ртутный вентиль

  Светоизлучающий диод

  Сканер

  Скиатрон

  Сортировальная машина

  Стабилитрон

  Сумматор

  Суммирования блок

  Супериконоскоп

  Суперортикон

  Суперпозиционная карта

  Счетно-аналитическая машина

  Табулятор

  Таситрон

  Терминал

  Тиратрон

  Тиристор

  Транзистор

  Трохотрон

  Туннельный диод

  Фазоинвертор

  Фотодиод

  Фоторезистор

  Фототиристор

  Фототранзистор

  Фотоэлектронный умножитель

  Фотоэлектрический усилитель

  Характрон

  Цифровая вычислительная машина

  Цифровая индикаторная лампа

  Читающий автомат

  Шоттки диод

  Электровакуумные приборы

  Электронная и ионная оптика

  Электронная лампа

Раздел 15. Оптика

  Бинокль

  Бинокулярная лупа

  Лупа

  Микротом

  Монокль

  Стереоскоп

  Стереотруба

  Теодолит

  Ультрамикроскоп

  Вантуз

  Вентиль трубопроводный

  Воздушный душ

  Воздушный оазис (аэрация)

  Калорифер

  Конвектор

  Кондиционер

  Кран

  Пылеуловители

  Радиатор

Раздел 17. Бытовая и другие виды техники

  Адаптер (звукосниматель)

  Акваланг

  Балансир

  Балансировочный станок

  Батискаф

  Батометр

  Безмен

  Брандспойт (ствол пожарный)

  Брегет

  Вентилятор

  Вязальная машина

  Газоанализатор

  Гидрант

  Гидроциклон

  Граммофон

  Громкоговоритель

  Дефлектор

  Диктофон

  Звуковая колонка

  Инфракрасная техника

  Климатизер

  Криостат

  Мегафон

  Микроскоп

  Миксер

  Огнетушитель

  Пишущая машина

  Посудомоечная машина

  Пожарная сигнализация (42-извещатель)

  Пылесос

  Ротатор

  Сварочная панель

  Сирена

  Сифон

  Смеситель сантехнический

  Стенографическая машина

  Стенсиль

  Стереограф

  Стереокомпактор

  Стереопроектор

  Стиральная машина

  Тройник

  Фототелеграфный аппарат

  Фритюрница

  Холодильник

  Швейная машина

  Электродинамический громкоговоритель

  Электромегафон

Раздел 18. Офисная техника

  Брошюратор

  Ксерокс

  Ламинатор

  Мини-АТС

  Плоттер

  Резак бумаг

  Сетевой фильтр

  Счетчик банкнот

  Телетайп

  Уничтожитель бумаг с автоподачей

  Факс

Раздел 19. Космическая техника

  Абляционная теплозащита

  Автономная навигационная система

  Автоматизированная система управления

  Автоматические межпланетные станции

  Активная система управления ориентацией

  Ампульная ракетно-двигательная установка

  Апогейный ракетный двигатель

  Атомный ракетный двигатель

  Барокамера

  Блочный жидкостный ракетный двигатель

  Беспилотный корабль

  Биологический искусственный спутник

  Бортовая медицинская аппаратура космического корабля

  Большая гибкая панель солнечных элементов

  Бортовая цифровая вычислительная техника

  Бортовой комплекс управления

  Бустерный насос

  Бустерный ракетный двигатель

  Верньерный ракетный двигатель

  Вертикальный космический зонд

  Военный искусственный спутник земли

  Воздухоподогреватель

  Воздушно-ракетный двигатель

  Воздушно-реактивный двигатель

  Вспомогательный ракетный двигатель

  Высокочастотный ракетный двигатель

  Газовый ракетный двигатель

  Газогенератор

  Газофазный ядерный ракетный двигатель

  Гелиотермический ракетный двигатель

  Генератор изотопный

  Геодезический искусственный спутник земли

  Геостационарный искусственный спутник земли

  Геофизический искусственный спутник земли

  Геофизическая ракета

  Гироскоп

  Датчики космические

  Жидкостный ракетный двигатель

  Зонд космический

  Импульсный ракетный двигатель

  Индукционный ракетный двигатель

  Индикатор курса

  Ионный ракетный двигатель

  Искусственные спутники планет солнечной системы

  Искусственный спутник земли

  Квантовый ракетный двигатель

  Коллоидный ракетный двигатель

  Корабль-модуль

  Корабли слежения

  Космический лифт

  Космический ракетный комплекс

  Космический корабль

  Космические разгонные блоки

  Космические аппараты

  Космические самолеты

  Космический скафандр

  Космическое оружие

  Кресло катапультное

  Луноход

  Магнитогазодинамический двигатель

  Магнитоплазмодинамический двигатель

  Малая орбитальная станция

  Марсоход

  Маршевый ракетный двигатель

  Межпланетные станции

  Многоступенчатая ракета

  Мультимедийный купол (multimedia dome)

  Орбитальные станции

  Планетоход

  Пороховой ракетный двигатель

  Пунктуправления

  Радиоизотопный ракетный двигатель

  Радионавигационный маяк

  Разгонный ракетный двигатель

  Ракета

  Ракета-носитель

  Ракетно-двигательная установка

  Ракетная ступень

  Ракетные системы

  Реактивный двигатель

  Роботы космические

  Робот-паук (Robyspace Junior)

  Роботы-муравьи

  Роботы-шайбы

  Система аварийного спасения

  Солнечная батарея

  Солнечный ракетный двигатель

  Солнечный коллектор

  Солнечная электростанция

  Солнечный парус

  Спутник связи космический

  Стартовое окно

  Телескоп

  Тормозной ракетный двигатель

  Тренажеры космические

  Турборакетный двигатель

  Фотоспутник

  Электрический ракетный двигатель

  Электротермический ракетный двигатель

  Электронное оборудование, рассчитанное на работу в условиях мощной космической радиации

  Ядерный ракетный двигатель

  Ядерный реактор

Раздел 20. Робото– и кибертехнологии

  Военные роботы Irobot Packbot (робот-сапер)

  Домашний робот Irobot Rumba

  Искусственный интеллект

  Искусственная сетчатка

  Искусственное сердце Heart Turcica

  Механическая рука

  Мягкий робот

  Развлекательные роботы Sony Aibo

  Робот Slugbot

  Робот Robowoods

  Робот Hoap-1

  Робот-амфибия Salamandra Robotica

  Робот-андроид H-7

  Робот-вертолет БПЛА

  Робот-гуманоид Asimo

  Робот-гуманоид Papero

  Робот-двигатель

  Робот-дегустатор

  Робот-землекоп

  Робот-змея «Змеелок»

  Роботы, корчащие гримасы

  Робот-кот Necoro

  Робот-муха

  Робот-мышь Robochu

  Робот-официант

  Робот-птица

  Робот-сиделка

  Робот-собака Robodog

  Робот-хирург

  Роботы-шершни

  Чипы-имплантанты Veri Chip

  Экзоскелет нижних конечностей (Bleex) Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg