Юный техник, 2009 № 06 - Журнал «Юный техник»

Наконец, агат — это разновидность халцедона. Основная же масса его представляет собою поликристаллический кварц. Его в природе достаточно много, а обрабатывать сравнительно легко.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ПОЛИГОН

Строим дископлан

В 1956 г. жители юго-запада Москвы неоднократно видели бесшумно проплывавший в небе диск. Это был первый российский планер-дисколет, который после многих лет работы создал бывалый летчик и опытный авиаконструктор М.С. Суханов. Несколько позже более простой дископлан построил студент МАИ Анатолий Гремяцкий.

Летательные аппараты с дисковым крылом отличаются устойчивостью, простотой пилотирования и компактностью. Так, одноместный планер Гремяцкого имел крыло диаметром всего 3,5 м. Крыло обычного типа имеет сложный каплевидный профиль, что значительно усложняет его изготовление, дисковое же крыло значительно проще.

Каркас его напоминает велосипедное колесо, состоящее из обода, внутри которого, подобно спицам, натянуты стальные проволочные расчалки, закрепленные на центральном стержне. Чтобы вся конструкция стала прочной, обод должен находиться в одной плоскости.

Такую конструкцию несложно выполнить в натуральную величину, но точно сбалансировать крыло небольшой модели практически невозможно. Поэтому тем, кто решит сделать модель дископлана, советуем сделать крыло из ватмана. Оно состоит из двух конических поверхностей, соединенных между собой при помощи пенопластовых ребер — стрингеров. Выкройки поверхностей показаны на рисунке, там же изображен и стрингер.

Крыло собирается в определенном порядке. Вначале склеиваете его нижнюю и верхнюю части. Затем вырезаете из пенопластовых лотков стрингеры и приклеиваете их двухсторонним скотчем к нижней поверхности крыла. Затем смазываете верхние ребра стрингеров водорастворимым клеем, например ПВА, и сажаете на них верхнюю поверхность. После этого края поверхностей крыльев точно совмещаете, прихватываете кусочками скотча и промазываете клеем на нитрооснове — применение клея, содержащего воду, может привести к короблению кромки крыла. В качестве фюзеляжа, как это часто делают на схематических моделях планеров, используйте сосновую рейку 10x10 мм с грузом и хвостовым оперением. Соединение крыла и фюзеляжа — при помощи колодки с крючками из алюминиевой проволоки. Их можно присоединить к крылу скотчем. Колодка крепится к рейке при помощи резиновых колец. Изгибая крючки, можно менять угол атаки крыла, чтобы прочувствовать его влияние на полет модели.

Передвигая колодку, вы добьетесь наибольшей устойчивости полета.

Планер-дископлан отличается исключительной простотой пилотирования. В отличие от М.С. Суханова, сам А. Гремяцкий летать не умел. Казалось бы, следует пойти в аэроклуб и там пройти основательную школу. Но нет, он попросту сел на свой планер и после нескольких проб научился летать в совершенстве. Это стало возможно только потому, что крыло в форме диска гораздо устойчивее в полете, чем крыло обычного типа.

Дело в том, что полет на крыле большого удлинения требует очень строгого соблюдения угла атаки — угла встречи крыла с набегающим на него потоком воздуха. Если этот угол чуть меньше, чем нужно, теряется подъемная сила, а с нею и высота. Чуть больше — подъемная сила возрастает, но с ней растет и сопротивление. А если угол атаки увеличить еще больше, подъемная сила катастрофически падает. И, даже вернув угол атаки в прежнее положение, восстановить подъемную силу удается не сразу. Нужно время, пока крыло сможет развить свою полную подъемную силу и сможет держать аппарат в воздухе, как и прежде. Если все эти перемены происходят на малой высоте при заходе на посадку, то вполне возможно врезаться в землю.

В отличие от обычного, крыло, имеющее форму диска, создает подъемную силу даже при углах атаки более 45°. Поэтому на планере с таким крылом и может летать даже начинающий. Для посадки планеру-дископлану достаточно дорожки длиной 10–15 м. В момент приближения к земле, когда высота полета становится равна диаметру крыла, возникает «динамическая воздушная подушка» и посадка происходит исключительно мягко.

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ

БЕГУЩИЕ МЫЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ

Приготовь для опыта: стеклянную трубку конической формы, мыльный раствор.

Мыльная пленка всегда стремится занять такую форму, чтобы поверхность ее была возможно меньше. Постарайся добыть стеклянную трубку конической формы, такую, чтобы один конец у нее был уже, чем другой.

Смочи мыльным раствором всю внутреннюю сторону стекла и дай воде стечь. Затем широким концом опусти трубку в воду, держа ее вертикально. Осторожно вынь трубку из раствора. Мыльная пленка, как видно, затянула отверстие. Держи теперь стекло горизонтально, и ты увидишь, что пленка сдвинется с места и побежит к узкому концу трубки.

Если ты будешь окунать стекло в раствор раз за разом, пленки побегут одна за другой, будто стараясь догнать друг дружку.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Усилители класса D

Окончание. Начало в предыдущем номере.

Ключевые методы усиления класса D

Из первой части статьи мы узнали, что ток, а следовательно, и мощность в нагрузку УЗЧ поставляет источник питания, а транзисторы лишь регулируют этот ток в соответствии с входным звуковым сигналом. Регулировка должна быть строго пропорциональной, чтоб не было искажений. Такие усилители называют аналоговыми, как и всю электронику, основанную на пропорциональном управлении. КПД аналогового усилителя принципиально не может достигать 100 %, поскольку в процессе работы транзистор почти все время открыт лишь частично и на нем выделяется мощность, которая затем превращается в тепло и рассеивается радиатором.

Потери мощности на транзисторе могут отсутствовать при двух условиях: либо транзистор должен быть заперт и ток через него равен нулю, либо полностью открыт и напряжение между коллектором и эмиттером равно нулю (напомним, что мощность, рассеиваемая на транзисторе, равна току через него, помноженному на напряжение коллектор-эмиттер). Транзистор при этом подобен выключателю, который либо замкнут, либо разомкнут. При этом он может коммутировать огромные мощности, сам нагреваясь мало. Описанный режим работы транзистора назван ключевым.

Известен он очень давно и широко применяется в силовой электронике для управления освещением, электромоторами. Причем управление может быть и плавным, если включать и выключать транзистор с большой частотой, такой, чтобы за период между импульсами включения нити ламп не успевали остыть, а моторы — заметно изменить свою скорость. Регулировка же происходит изменением длительности импульсов, или, как говорят, скважности — отношения периода следования импульсов к их длительности. Процесс изменения длительности (ширины) импульсов называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Принцип ключевого усиления с успехом применим и в УЗЧ, если частоту следования импульсов выбрать ультразвуковой — выше самой верхней частоты звукового спектра, на практике — от 30 кГц и выше. Этот способ усиления и отнесен к классу D.

Структурная схема усилителя класса D приведена на рисунке 1.

Он содержит генератор импульсов, ШИМ-модулятор, ключевой усилитель КУ, выходной фильтр нижних частот ФНЧ и нагрузку — динамическую головку громкоговорителя ГР или АС.

ШИМ обычно получают следующим образом: преобразуют импульсы в треугольные или используют специальный генератор импульсов треугольной (пилообразной) формы — генератор «пилы» и подают его колебания на один вход компаратора (Комп). На другой его вход поступают звуковые колебания (график 1 справа на рис. 1).

Компаратор же работает так: выдает на выходе максимальное положительное напряжение, если на входе со значком «+» потенциал выше, чем на входе со значком «-», и максимальное отрицательное напряжение в противном случае. Компаратор легко выполнить на операционном усилителе или на цифровом логическом элементе.

На графике 2 показаны формы сигналов на входах компаратора, а на графике 3 — на его выходе — прямоугольные импульсы с ШИМ. Усиленный звуковой сигнал (плавная линия на графике 3) содержится в среднем значении импульсов с ШИМ, которое удается выделить, пропустив импульсы через фильтр нижних частот (ФНЧ). Фильтр пропускает без ослабления все частоты звукового спектра, скажем, до 10 или 20 кГц (в зависимости от требований к усилителю), но «срезает» колебания более высоких частот, в том числе и частоту повторения импульсов. Сглаженный звуковой сигнал поступает на громкоговоритель Гр.