Собственно, вопрос сводится к «а как это работает и не взрывается»? Для этого обратимся к книге В. Дробинского «Как устроен и работает паровоз», 1955 год. Далее все цитаты — из [...]]]> Тут уже много раз разбирали паровозы как любимую игрушку попаданца. Сейчас время заглянуть в топку, а точнее — поинтересоваться соединением топки и парового котла…

Собственно, вопрос сводится к «а как это работает и не взрывается»?
Для этого обратимся к книге В. Дробинского «Как устроен и работает паровоз», 1955 год. Далее все цитаты — из этой книги.
В реальности у каждой паровой машины топка и котел это единая конструкция. Разделены они только в учебных роликах и моделях паровиков, запускаемых от таблетки сухого спирта. Даже в паровике Джеймса Уатта это была единая конструкция, пусть даже объединенная кирпичной кладкой (проще говоря, оно и было кирпичной печкой). Но как делали топку на движущихся паровиках — на паровозах, пароходах и тому подобное?

На самом деле — ничего сверхъестественного не было. Вот иллюстрация из книги, для лучшего понимания я раскрасил — где вода, а где огонь.

А теперь читаем книгу «Во время работы котла все его стенки испытывают усилие  пара, измеряемое тысячами тонн. Только на стенки огневой коробки паровоза серии ФД, общая поверхность которой составляет примерно 300 см², действует сила превышающая 4500 т (при давлении пара 15 кг/см²). Эта сила почти в 18 раз больше веса самого паровоза серии ФД с тендером».
Тут надо сразу сказать — попаданцу не светят паровозы такого давления. Если получится раза в три меньше, то это будет чистая победа. Тем не менее, даже 3 атмосферы, как у первых паровозов это совсем немало.
И совсем неудивительно, что при плохом прокате стали (а, вообще, у попаданца прокат будет?) котлы любили взрываться. И ладно если сам котел, его можно сделать цилиндрической формы и стянуть дополнительными полосами (как все всегда и делали), но что делать с топкой?
Как мы видим — топка это часть котла, и ее форма отрабатывалась десятилетиями. К примеру — наклон свода подбирался по пол-градуса, как наклон конического плеча гильзы. Сложно было это без компьютера, смоделировать не получалось только методом тыка.

Тем не менее, как же получалось удерживать давление? Причем паровозы серии ФД это не вершина, были паровозы с давлением в несколько раз больше.

Обращаем внимание на лес черточек в верхней части. Это не просто черточки, это — жесткие связки.

Опять цитата «Связи, расположенные горизонтальными и вертикальными рядами, удалены друг от друга в среднем на расстояние около 100 мм. Всего на укрепление топки идёт более 2000 боковых и потолочных связей. Например, топка паровоза серии ФД имеет 2512 связей; из общий вес достигает 3.2 т»

Тут нас интересует то, что названо «контрольное отверстие».
Дело в том, что эти связи были жестко приварены электросваркой к стенкам топки (рассматриваемые паровозы начала 40-х годов). Ранее они, понятно расклепывались. Но с торцов связи было просверлено отверстие. Зачем? Если где-то жесткая связь ломалась (а ломалась она внутри котла и, как гооворит сопромат, у мест ее крепления), то через это отверстие начинал сочиться пар — и было видно, что жесткая связка внутри поломана.

Поэтому когда в фильмах показано, как в котле поднимают давление выше пределов, из котла выстреливают заклепки и начинают бить струи пара… то это НЕ заклепки. И они не разлетаются, поражая все живое.
Я, вообще, плохо представляю какое должно быть давление, чтобы выдавило крошечную заклепку и при этом не разорвало сам котел. Это же паровоз, а не второй контур атомной станции.
Все проще — жесткая связь внутри ломается, стенка топки хоть и выгибается, но заметить это без инструментальных методов невозможно. А вот струйка пара сигнализирует — связки рвутся, скоро все взлетит.

Но если попаданцу мало трудностей, то напомню — топка штука теплонагруженная и что хуже всего, теплонагруженная неравномерно. То есть металл топки расширяется от температуры неравномерно и каждый раз в других местах. В зависимости от кучи условий какие-то жесткие связи могут быть не нагруженные совсем, а каким-то придется держать давление за всех одновременно.

Что делать в таком случае? Делать не жесткую, а подвижную связь.
Тут уже задача посложнее. Тут один конец делают с шарообразным утолщением, на лист приваривают втулку с резьбой, которая закрывается резьбовым колпачком. Если посмотреть на реальную топку, то это выглядит как ряды болтов на пустом месте. Но эти болты не держат конструкцию внутри топки, а просто закрывают крепление подвижной связи. Даже не представляю — требуют ли они ухода или состоянием подвижной связи не интересуются.

Ну как, легко ли сделать паровоз? Легко? Тогда как вишенку на торте, могу добавить — в котле есть еще третий тип связей, «тяжами». Их используют в углах огневой коробки и прочих неудобных местах.
«Тяж одним концом прикрепляется к потолку кожуха топки, а другим, имеющим форму вилки, соединяется с угольником на лобовом листе».

Поэтому совет попаданцу: прежде чем мастерить паровоз или пароход, проверьте — не магический ли мир? Если магический, то пробуйте, а вдруг гномы что дошаманят. Если нет — не пытайтесь!

Для начала вспомним школьные основы трибологии(науки о трении). Сила трения часто прямо пропорциональна силе давления тел. Коэффициент этой пропорции называют коэффициентом трения. Например, мы тянем деревянный брус весом 100 кг по деревянному полу. Средний коэффициент сухого трения скольжения дерева по дереву — 0,33. [...]]]> Мы уже обсуждали попаданческий велосипед, попробуем вернуться к теме, добавив немного конкретики.

Для начала вспомним школьные основы трибологии(науки о трении). Сила трения часто прямо пропорциональна силе давления тел. Коэффициент этой пропорции называют коэффициентом трения. Например, мы тянем деревянный брус весом 100 кг по деревянному полу. Средний коэффициент сухого трения скольжения дерева по дереву — 0,33. Значит, для поддержания скольжения нам понадобится прикладывать усилие в 33 кгс. Поскольку психологически значения в диапазоне 1-1000 проще воспринимаются человеком чем значения в диапазоне 0.001-1, все значения коэффициента трения дальше будут даваться в тысячных. Например упомянутый выше коэффициент 0,33 — это 330 тысячных.

Аналогично можно оценивать и общую эффективность транспортных средств — просто делим тягу, необходимую для поддержания движения на массу транспорта с грузом. Полученная величина прямо характеризует эффективность транспорта — если коэффициент вдвое меньше то и затраты энергии на тоннокилометр вдвое меньше(строго говоря еще важно отношение массы груза к массе конструкции).

• Скажем, аэродинамическое качество равное 10-20 значит что для поддержания горизонтального полета двигатели самолета должны создавать тягу в одну десятую/двадцатую его веса(или, с выключенными двигателями, самолет должен терять метр высоты на десять метров пути). Таким образом затрата энергии на полет эквивалентна волочению самолета по поверхности с коэффициентом трения 50-100 тысячных.
• 70 килограммовый человек на скорости 5 км/ч затрачивает мощность 60 Ватт, на скорости 5 км/ч. Т.е. эффективность пешехода можно выразить коэффициентом трения порядка 62 тысячных(при ускорении/переносе груза еще больше, уже на 6 км/ч эффективность падает до 84).
• Легковая машина весом в тонну при 6 литрах на 100 км — порядка 60.
• Поезд — ~ 2.
• Супертанкер — < 1.

Трение скольжения деревянного колеса на деревянной оси будет порядка 330 тысячных, по металлу даже больше — до 375(по-видимому, металлические втулки использовались скорее для улучшения износостойкости), но при добавлении смазки(деготь и сало) уменьшается вчетверо — до 72-75. Баббит в подшипниках скольжения уменьшил трение еще в 4-8 раз — до 20-10, а в шариковых подшипниках трение упало до нескольких тысячных. Но это именно трение на оси! Колесо действует аналогично рычагу — когда телега или велосипед проходит метр пути, то трущиеся поверхности оси перемещаются на намного меньшие расстояния — прямо пропорционально разнице диаметров колеса и оси. Т.е. метровое колесо и 3 см ось дадут примерно 10 тысячных даже при простейшем несмазанном деревянном колесе/оси.

Значат ли эти цифры что древняя телега была в десятки раз хуже телеги начала 20 века? Нет. Если мы посмотрим на коэффициент движения при движении современной машины или велосипеда по грунтовой дороге то увидим цифры порядка 30 тысячных — это явно намного больше трения в подшипнике. Откуда это дополнительное трение? Есть еще такая штука как трение качения. Колесо и поверхность чуть деформируются и колесу приходится постоянно выкатываться из небольшой ямки(плюс силы адгезии — колесо и поверхность немного прилипают друг к другу). Для грунтовой дороги это 20-80 тысячных, обычно берут примерно 30. Нетрудно заметить что трение качения на самой лучшей грунтовой дороге больше трения в оси самого грубого колеса.

Для сравнения, трение качения типичной гравийной дороги 19 века сравнимо с трением качения по хорошей грунтовке. Но гравийная дорога не раскисает после дождя, увеличивая потери в 3-4 раза. Для римских дорог данных нет — но, думаю, также сравнимо с лучшей грунтовкой. Асфальт и бетон — 10-15 тысячных, в два-три раза меньше, а трение качения по железной дороге 0.5-2 тысячных — в 15-60 раз меньше!

Мы уже можем прийти к первому интересному выводу — подшипники не так важны для попаданческого велосипеда(или для телеги)! Деревянное смазанное колесо с отношением к диаметру оси 30/1 создаст трение порядка 2.5 тысячных. Современный велосипед на типичной грунтовке даст 30 тысячных, велосипед попаданца 32.5 — разница порядка 10%! С баббитом и вовсе пара процентов разницы. Гораздо важнее весовое совершенство транспорта.

Строго говоря, трение качения зависит не только от поверхности, но и от колеса, так что надо еще показать что трение качения попаданческого колеса будет сравнимо с трением качения современного.

Посмотрим на данные французских армейских испытаний 1837-1841 годов. Цифры в таблице — фунты тяги на короткую тонну веса. В короткой тонне 2000 фунтов, так что просто делите пополам и вы получите коэффициент трения в тысячных.

Видно что цифры для грунтовой дороги колеблются от 22 до 38 тысячных. В худшем случае деревянное колесо добавляет 10-20%.

В общем попаданцу можно смело рассчитывать на 33-35 тысячных. Для пешехода, как мы помним, мы получили 62-84. Да здравствует велосипед? К сожалению, велосипедист расходует энергию не только на перевозку себя и груза, но и на движение велосипеда. Уже 20 килограммовый велосипед с 70 кг седоком эквивалентен невесомому, но с потерями на трение в 45 тысячных, а 30-40 кг опустят показатели до 50-55. В общем второй вывод можно сделать уже сейчас — в отсутствие идеально твердых и сухих грунтовок(а лучше бетонных дорог, проложенных … магическими слизнями) велосипед явно не произведет переворота в транспорте.

Припомним историю велосипеда. В 18 веке отмечается множество попыток создания транспорта на человеческой тяге. Но все они похожи друг на друга как родные братья: четырехколесная повозка с двумя седоками, лишь один из них(слуга) прикладывает усилия, механизм чудовищно переусложнен. В 1817 барон Карл фон Дрез создает дрезину — двухколесный самокат весом порядка 20 килограммов с сиденьем. Трудно понять что потребовало от него больше смелости — решение создать неустойчивую конструкцию на двух колесах или решение заставить джентльмена прикладывать физические усилия. В течении пары лет было построено порядка тысячи дрезин, но затем интерес к ним угас. Один из рекордов дрезины — пробег 4 джентльменов от Брингтона до Лондона(95 км) за 12 часов(средняя скорость 8 км/ч). Затем в течении 45 лет никакого прогресса, если не вспоминать о малодостоверной модели МакМиллана, якобы созданной в 1839. Наконец, одному французу(честь изобретения оспаривают сразу трое) приходит в голову прикрепить к переднему колесу дрезины пару педалей — идея завоевывает сторонников и через 5 лет начинается велосипедный бум. Сейчас то любой «знаток» объяснит что лишь туманный технический прогресс позволил приделать педали 45 лет спустя, только вот всех современников поражала простота изобретения.

Первые несколько лет деревянные велосипеды вполне успешно конкурировали со склонными к образованию трещин железными. На иллюстрации ниже вы можете увидеть одну из первых деревянных моделей, участвовавшую в 500 км пробеге Лион-Париж. Весили они порядка 30-40 килограммов — в полтора-два раза тяжелее дрезины, что, по-видимому, объясняется большим диаметром колес.

Примитивное подрессоривание и отсутствие надувных шин делало езду не слишком комфортной — велосипеды часто называли костотрясами. Использование спиц работающих на растяжение сразу облегчило велосипед до 20 килограммов и позволило увеличить диаметр колеса. Большое колесо позволяло развивать высокую скорость и неплохо пружинило, что делало езду куда комфортнее. Так родился велосипед пенни-фартинг, он же велосипед-паук. Дальнейшая история нам мало интересна по причине сильного усложнения технологии.

В общем, если вы хотите представить себе характеристики попаданческого велосипеда, прокатитесь по лесной тропинке на современном … с 30-50 кг мешком цемента. Это лучше чем ходить пешком, особенно если надо тащить солидный груз, но разница не так велика как хотелось бы. У типичного потребителя доиндустриальных времен — небогатого крестьянина нет ни денег ни умений для изготовления велосипеда. Конечно те времена изобиловали бродячими торговцами — им бы велосипед определенно приглянулся… Если бы у нас только был пример использования деревянных двухколесных транспортных средств … и он у нас есть! Знакомьтесь — chukudu, деревянный грузовой самокат из Конго(и не только).

Современные чукуду используют автомобильные подшипники, но их предки использовали обычные деревянные оси, смазанные пальмовым маслом. И несмотря на отсутствие покраски/лакировки они служат примерно 2-3 года. Такая поделка стоит порядка 50-100 долларов(в основном — труд мастера), так что даже минимальное усложнение конструкции переведет его в одну ценовую категорию с китайским велосипедом — имхо, именно поэтому чукуду использует примитивные цельные колеса и не использует педали. В отсутствие высокотехнологических конкурентов мы бы обязательно увидели не только простейшие самокаты-тележки но и полноценные деревянные велосипеды.

Самые интересные источники:
Bicycle: The History, by David V. Herlihy
A Treatise on Roads and Pavements by Ira Osborn Baker
Draft of farm wagons
Обсуждение на FAI
Клиометрика. Животная сила (часть 2)
Коэффициенты трения [1], [2]

Я сюда только перекину информацию из русскоязычной статьи… Системы передачи механической энергии на расстояние, подобные тем, что использовали сотни лет назад, все еще применяются до сих пор. В частности, джеркерная система «Пенсильвания» (от слова jerk — трясти), применяемая [...]]]> Нашел в интернете замечательную статью про линии передачи механической энергии. Кое-какой материал на английском есть еще здесь.

Я сюда только перекину информацию из русскоязычной статьи…

Системы передачи механической энергии на расстояние, подобные тем, что использовали сотни лет назад, все еще применяются до сих пор. В частности, джеркерная система «Пенсильвания» (от слова jerk — трясти), применяемая для привода нефтяных насосов на частных землевладениях, имела огромное распространение в Америке вплоть до 40-х годов прошлого века, частично использовалась до 70-х, а несколько установок работают до сих пор.

Фото, которые приведены ниже, сделаны на действующих установках в штате Иллинойс.

Система состоит из центрального привода, который размещается в отдельном помещении. Это — сердце системы. Привод сделан таким образом, что вращательное движение двигателя превращается в возвратно-поступательное, которое передается на металлические штока, отходящие от помещения в разные стороны по направлению к своим механизмам.

На схеме виден принцип преобразования энергии из вращательной в поступательную

Так выглядит вживую дом, из которого расходятся приводные металлические штока, двигающиеся вперед-назад с определенной амплитудой.

Внутри главное распределительное помещение привода, или powerbank по-американски, выглядят так:

Линии штоков тянутся на мили от главного «трясуна».

Держатели штоков имеют различную форму и конструкцию как опор, так и шарниров, в зависимости от назначения. Есть поворотные, качающиеся, вилковые держатели. Есть даже приспособления, редуцирующие или, наоборот, усиливающую амплитуду:

В конечном итоге, качающаяся тяга подходит к нефтяному насосу, приводя в движение его шток:

Такая система приводов оказалась очень эффективной и позволяла экономить, задействуя один дорогостоящий двигатель для множества скважин. Причем, один из насосов, как правило, работал на снабжение двигателя топливом, а остальные качали нефть в резервуар.

Еще один способ передачи поступательного движения на расстояние, имеющий более древнее происхождение — с помощью деревянных брусьев. Принципиально он похож на «пенсильванскую» систему металлических тяг, но технологически более прост и дешев за счет малого использования металлических элементов.

Все начинается тоже с приводного помещения, пауэрбанка:. Но вместо железных прутков от него отходят деревянные брусья квадратного сечения, подвешенные на опорах.

Система брусьев тоже может тянуться на мили к скважинам:

Иногда, если трасса проходила в плоходоступных местах, приходилось строить мостки для обслуживания и смазки шарниров:

Для поворотов линий передач механической энергии используются специальные колеса:

Так как «пенсильванская» система металлических штоков все-же более технологична и сами нефтяные насосы удобнее подключать именно к металлическим тягам, то в системе предусмотрены переходные узлы с брусьев на металлические тяги:

В конечном итоге нефть попадала в подземные деревянные бункера.

и из них — в деревянные передвижные цистерны для перевозки к месту переработки или продажи.

Частная добыча нефти мелкими фермерами сыграла не последнюю роль в становлении Америки в 19 веке как технологически передовой державы, обеспечив страну достаточным количеством дешевого и высокотехнологичного (на тот момент) топлива.

P.S. Конечно попаданец не станет сооружать такие девайсины. Просто не сможет, тут нужны не столько знания, сколько опыт, а попаданец у нас теоретик. Тем не менее, попаданец с такими механизмами столкнется и более того — может заказать подобное у местных конструкторов для своего применения.

Чтобы разобрать это, нужно разобрать что такое кипение. Кипение — это ведь не просто испарение, вода вполне испаряется [...]]]> Тут меня поразили объяснением кавитации: «От трения винта вода разлагается на кислород и водород, которые потом взрываются, производя микровзрывы».
Не, ну я понимаю, услышав «микровзрыв» человек начинает придумывать всю цепочку, но я такой безграмотности оставить не могу…

Чтобы разобрать это, нужно разобрать что такое кипение.
Кипение — это ведь не просто испарение, вода вполне испаряется и без того, лужи после дождя могут исчезать просто на глазах.
Тут процесс поинтереснее и связан он с такой штукой как «давление насыщенного пара». То есть такой пар, который находясь рядом с жидкостью имеет тот же объем, давление и температуру.
Получается, что при 100°С давление пара становится равно давлению жидкости. Вот вода начинает ударными темпами испаряться не только с поверхности, но и с массы, что резко ускоряет процесс. Такое существует далеко не для всех жидкостей, но вода у нас в любом случае жидкость уникальная.

Но «давление сравнялось» это просто звучит только при атмосферном давлении. Вода под большим давлением в контурах ядерных реакторов не делает попыток закипеть и при 300°С. А на вершине Эвереста из-за низкого давления яйцо сварить невозможно, вода закипает раньше чем 55°С (когда начнет сворачиваться яичный белок).

С кавитацией подобная ситуация. На краю лопаток винта образуется разрежение. Разрежение настолько сильное, что это фактически вакуум. Вода при этом даже при +2°С закипает и образуются классические пузырьки кипящей воды. Проблема в том, что рядом — области не только нормального давления, но даже и высокого. Пузырек пара тут же схлопывается прямо на поверхности винта. Результат катастрофичен. Микроскопические удары просто выбивают частицы металла из лопастей винта, они просто «изгрызают» его. И добавьте еще вибрацию, которая тоже на судовые механизмы положительно не влияет. И еще звук…

Конечно, с этим борются. Методов — гора, от специальных покрытий, до суперкавитирующих винтов, у которых кавитация возникает не на поверхности, а чуть дальше, где лопасти винта уже нет. То есть можно только звук в воде услышать, что критично разве только для бесшумности подводных лодок.

Поэтому можно сделать вывод, что с кавитацией человек познакомился недавно. Ведь даже наличие судовой машины это еще не обязательно наличие судового винта… Однако это не так. Кавитация испортила куда больше насосов, чем корабельных винтов. А там низкое давление возникает очень просто, оно возникает по умолчанию. Тут тоже борятся, а кое-где даже используют. Но кавитация возникает даже в сравнительно простых случаях, например вот на картинке справа.
И всего-то что нужно — резкое расширение трубы после сужения и большой поток. Я вполне могу предположить, что где-нибудь в герметичных участках римских водоводов такое и наблюдалось бы. Но в случае свинцовых труб они вполне могли бы прогнуться под низкое давление и погасить явление (кстати, а кто-то про свидетельства такого слышал?)

Кстати у вас водопроводные трубы гудят? Гудят? Так вот — это не то, это не кавитация. Это всего лишь прокладки входят в резонанс и происходит микроскопический «помпаж». Хотя… возможно кое-где наблюдали и кавитацию, которая быстро выщербила бы трубы, вплоть до протекания и выбивания резьбы. По крайней мере магистральные насосы страдают.

Вобщем я к чему.
Кавитация — это результат базовых свойств воды и если попаданец будет строить теплонагруженные закрытые водяные контуры, то об этом надо помнить, чтобы потом не удивляться.

Ну и напоследок.
Если вдруг попаданец окажется в каких-то фантастических условиях, где в океане налита вода чистотой как в офисном кулере, то у такой воды прочность на разрыв куда больше. Она у такой сверхчистой воды порядка 280 кг/см². Это заметно больше давления насыщенного пара. Поэтому у такой сверхчистой воды (при условии сверхгладких винтов, на которых нет кавитационных зародышей) кавитация не будет наступать в принципе. Просто пузырьки не будут образовываться.

Однако, замок — это штука, к которой нужен ключ. А вот что на счет кодового замка, для открытия [...]]]> Как известно — замки это сложно. Самый древний замок был изобретен в Ассирии где-то шесть тысяч лет назад. Это что достоверно известно. Собственно, как появилось земледелие и с ним оседлость и хранилища, так и появились замки.

Однако, замок — это штука, к которой нужен ключ.
А вот что на счет кодового замка, для открытия которого нужна только информация? Ведь к замку, у которого нет скважины, отмычку не подобрать…

Этот вопрос попытались решить американцы. И они мало того, что сделали этот замок из десятка деталей, но они сделали его из дерева!

Можете полюбоваться как он работает:

Конечно, этот замок сделан из фанеры и реальная функциональность у него близка к нулю.
Но этот замок — демонстратор идеи, он рассчитан на три цифры кода и при этом состоит из одиннадцати крупных деталей.

В реальности, конечно в нем не хватает самого механизма засова, да и специализованная защита от взлома не помешает.
Ну и делать его из цельного дерева это посложнее чем из фанеры. то есть это в Древнем Египте сложнее, а в Древнем Риме уже было нечто типа грубой фанеры, из которой делали щиты, материал вполне для замка.

Ну и такой сложности агрегат можно вполне отлить из бронзы, это будет по-настоящему царский замок!

Однако, в таком виде он вряд ли будет востребован. Проблема в его главном преимуществе — отсутствии ключа. Он открывается кодом, который сравнительно быстро будет известен кому не надо. А код в этой реализации сменить нельзя.

Хотя…
Можно сделать замок разъемным и сделать набор дисков. Которые могут время от времени заменяться или переставляться.
При этом если посмотреть на настоящие древнеегипетские замки, то этот ну никак не сложнее.
Чем же он отличается от них? Исключительно идеей. Ведь идея отделить информацию от носителя очень даже молодая. Любой древний грабитель, обнаружив такое чудо, гарантированно спасует. Придется попаданцу им курсы читать…

Бытует даже легенда, что подводное крыло было изобретено в СССР, но наши не успели запатентовать из-за того, что кто-то проговорился в [...]]]> Как-то так получается, что попаданец, только построив первую паровую машину для корабля, начинает задумываться о судне на подводных крыльях. Ну это ведь такая оригинальная идея — подводное крыло, до нее веками не могли додуматься.

Бытует даже легенда, что подводное крыло было изобретено в СССР, но наши не успели запатентовать из-за того, что кто-то проговорился в «Технике-Молодежи»…

Спешу разочаровать.
Первое судно на подводных крыльях — это лодка Энрико Форланини 1906 года постройки. То есть модели он строил с 1898-го года, а вот нечто, во что вмещался человек и которое реально приподнялось над водой, только через восемь лет. И это было именно лодка, больше напоминающая байдарку с бензиновым двигателем в 60 л.с. И, кстати — Форланини оформил патенты в Англии и США.

И после этого кто только не строил подводное крыло — от Грехема Белла в Америке до Ганнс фон Шертеля в Германии, который конструировал подводное крыло начиная с 1930-х. И конструкторское бюро которого было после войны вывезено в СССР и строило первый подводные крылья в СССР. При этом сам фон Шертель оказался в Швейцарии, где с 1952 года и начал серийное производство пассажирских судов на подводных крылья. «Техника-Молодежи» здесь совсем не при чем.

Однако, идея подводного крыла настолько очевидна, что пришла в голову задолго до 20 века.

Первые опыты с буксировкой пластины в воде за кораблем проводил Эйфель, а первый патент на подводное крыло получил Шарль Д’Аламбер в 1891-м. Д’Аламбер
даже пытался строить лодку, но… она не поднялась над водой. Ну то есть — выскакивала на мгновение и опять падала.
Проблема тут всего одна, но глобальная, она зовется «энерговооруженность».
Дело в том, что вода будет без провалов держать судно на скорости примерно от 40 км/час, ниже ему двигаться нельзя (кстати — снегоход, который летит по воде, должен держать эту же скорость чтобы не утонуть, физика она такая). Но разогнать водоизмещающее судно до такой скорости…

Такое судно должно иметь одновременно и очень мощный двигатель и очень небольшое водоизмещение.
По американским данным, для того чтобы вывести на крылья корабль водоизмещением 4400 т, понадобится энергетическая установка мощностью около 200 тыс. л. с.
Это недетская задача. Соответственно — считается, что строить корабли на подводных крыльях больше 1000 т нецелесообразно. И не строят.

Исходя из этого — построить подводное крыло на паровике не получится. Как не получилось у Д’Аламбера.
На чем можно построить — это на паровой турбине, но «Турбиния» Парсонса это 1894-й. И Турбиния имела водоизмещение в 45 тонн, которое почти полностью было занято этой самой турбиной, то есть применения ноль, это демонстратор технологии. Ну и система подводных крыльев — это еще 15% к массе корабля.

И именно эта чертова энерговооруженность не дает широко строится судам на подводных крыльях.
Их делают либо для военных (для которых скорость критична), либо как небольшие прогулочные катера.
Подводное крыло (в отличии от паровой турбины) очень плохо масштабируется.

Конечно, у подводного крыла есть еще куча недостатков. Тут и низкая мореходность, и проблемы с необорудованными причалами. Но это все мелочи, по сравнению с очень большой энерговооруженностью, которая кстати, никак не совмещается с экономичностью…

В общем — если вы решили прогрессорствовать и внедрить подводное крыло — забудьте.
Крыло появилось ровно тогда, когда человечество смогло это сделать.
И более того — подводное крыло еще широко не появилось и по той же причине: человечество пока не может его построить.

При этом — на первый взгляд ничего сложного в его постройке не предвидится…

Насос состоит [...]]]> Волновой насос — это один из насосов с нетривиальным принципом действия.
Скажу сразу — в данном случае «волновой» это не тот, который качает воду, получая энергию из волн в водоеме. Это именно тот, в котором применен волновой принцип качания.

При этом — на первый взгляд ничего сложного в его постройке не предвидится…

Насос состоит из трубы, в нижней части которой установлен шаровой клапан. Сверху — поршень, который достаточно быстро раскачивает столб воды. Если правильно рассчитать соотношение длины трубы с частотой раскачки, то трубе возникают колебания давления столба воды, такие себе аналоги звуковых волн. Когда волна разрежения доходит до клапана, возле него получается область низкого давления, клапан открывается и впускает в трубу воду снаружи. Когда же приходит волна сжатия, то клапан закрывается. Собственно все.

При этом — такие насосы успешно работали на глубине 14 метров. То есть — со столбом выше атмосферного давления. Насосы, которые отсасывают воду сверху на такое не способны, у тех предел в районе 10 метров.

Итак, что мы имеем.
Поршень не обязательно должен быть притертым, его назначение раскачивать столб воды, а не качать. Если там будут щели, то упадет КПД, но насос не перестанет работать. Шаровой клапан сделать несложно, главное — рассчитать усилие закрытия, а это можно подобрать банально соотношением масса-диаметр.

Главная проблема в том, чтобы получить относительно быстрое вращение. То есть от медленного колеса ветряной мельницы его не запитать.
И еще — частота поршня должна быть постоянной. Потому как она связана с длиной трубы и если замедлить или убыстрить движение, то насос может просто перестать качать воду. Конечно, это не прецизионная техника, но все же какой угодно скорость вращения быть не может, на нее много завязано.

Ну и вопрос — где его использовать.
Этот насос не может давать большое давление или прокачивать большие объемы воды.
Тем не менее — оросительные каналы вполне могут обеспечиваться подобными насосами.

Ну да, построить можно. Но… давайте разберем его подробнее…

Главная идея этого насоса — отсутствие движущихся деталей. Ну, почти отсутствие, клапана [...]]]> Насос Гемфри — это один из тех «легендарных» насосов, которые вспоминают попаданцы.
Якобы им можно не только воду качать, но и построить, к примеру, двигатель для корабля, в котором насос будет работать водометом.

Ну да, построить можно. Но… давайте разберем его подробнее…

Главная идея этого насоса — отсутствие движущихся деталей. Ну, почти отсутствие, клапана необходимы. Энергию дает сжигаемый газ (можно угольную пыль в некоторых случаях).

Тут мы видим две камеры, в камере А происходит сжигание газа (у нее сверху впускной и выпускной клапаны), а в камере В находится всасывающий водяной клапан.
При сгорании газовой смеси в верхней камере столб воды в трубе получает импульс от расширившихся газов в сторону верхнего резервуара.

При этом в камере А создается разрежение, потому что вода некоторое время продолжает двигаться. В этот момент впускной клапан засасывает воду в камеру В и открывается клапан сверху для впуска воздуха для продувки.
Столб воды начинает делать обратное движение и отработавшие газы вместе с воздухом для продувки выталкиваются вверх, вода доходит до выпускного клапана и закрывает его. Часть воздуха остается в верхней части в сжатом состоянии и этот воздух толкает воду опять в сторону верхнего резервуара. Опять возникает разрежение, которое используется уже не для засасывания воды, а для засасывания смеси воздуха и газа.
Теперь нужно подождать, пока вода опять начнет сжимать уже газовоздушную смесь и при максимальном сжатии — поджечь ее. Все пойдет опять.

Как видите — насос имеет четыре такта, почти как ДВС, только вместо поршня — вода.
Если правильно подобрать расположения клапанов, то вода сама будет их открывать-закрывать и все будет работать без вмешательства.
Но при запуске такого насоса все получается сложнее — нужно раскачать столб воды и это делается сжатым воздухом, который быстро впускается через открываемый от руки выпускной клапан.

Сложного ничего, но посмотрим на плюсы и минусы такого насоса.

Плюсы:

1. Насос позволяет прокачивать просто гигантские объемы воды, там счет идет на десятки кубометров.

2. Насос очень прост, ломаться нечему, может работать десятилетиями.

3. Можно использовать газ от газогенератора, тут нет никакого осмоления или закоксовывания.

Минусы:

1. Компрессия задается высотой столба воды. А ограничения на высоту столба тоже присутствуют, она не может быть слишком большой. Как следствие — низкая компрессия и низкое КПД. Тут требуются точные расчеты и много экспериментов чтобы это КПД было заметно.

2. Насос подает давление не постоянно, а импульсами, при этом импульсы раскачивают давление туда-сюда. Тут даже фонтан не запитать от такого насоса, нужно еще промежуточный бак.

3. Давление у такого насоса невелико. Потому что компрессия невелика. То есть — он может подавать воду на сравнительно небольшую высоту.

4. Для такого движка требуется газ. Или, возможно, другое мелкодисперсное топливо, дрова тут не покатят, это не паровик. Где будет брать газ попаданец — бог весть. Напоминаю — газогенератор это отдельная и очень непростая технология (я про баллонное оборудование и не заикаюсь). А подача угольной пыли — та еще задача, она ведь должна вспыхнуть до того, как упадет в воду, и я слабо представляю, какие технические ухищрения нужно изобрести, чтобы оно вообще заработало. То есть в энциклопедии указано, что можно построить насос на угле, но ни одной схемы не представлено, все газовые. Я подозреваю, что ни одного промышленного насоса Гемфри на угле не существует.
Кроме того — если топить такой насос угольной пылью, то все продукты горения останутся в воде. Поэтому для прокачивания технологических жидкостей — это не решение, жидкость будет «грязной».

Видно, что такой насос — отличное решение для подъема воды в оросительный канал. И… все.

Можно ли поставить такой насос на корабль?
Да, можно, но не такой (с накопительным баком), а самый примитивный, где вспышка газа выталкивает воду за один такт.
Но толку от него не будет — степень сжатия у него настолько мала, что КПД паровоза будет голубой мечтой. Если кто думает, что это мелочи, то напоминаю, что от степени сжатия зависит также и мощность. И еще рекомендую вспомнить, что на корабле нужно будет где-то приткнуть еще и газогенератор…

P.S. Почему-то в русской википедии нет статьи о насосе Гемфри.

Естественно, попаданцу в недалекое прошлое хорошо было бы открыть [...]]]> Сейчас в автостроении пошла мода на компактные кроссоверы.
Их строит даже ленивый, даже такие бренды как Mercedes или Jeep, которые мелкие машинки не приветствовали — и те представили свои модели. Что уж говорить о японцах?
Понятно, что этим классом открылась отдельная ниша, которая внезапно заинтересовала покупателей.

Естественно, попаданцу в недалекое прошлое хорошо было бы открыть эту нишу самому, чтобы снять сливки (попаданцы — они бывают с разными финансовыми возможностями).
Но мне кажется, что все на настолько просто…

Для начала сначала разберем, что такое «кроссовер», тем более «компактный».
И если со вторым словом понятно, то с первым уже хуже.

Наиболее точный перевод слова «кроссовер» — это «паркетник», то есть полноприводный внедорожник, пригодный исключительно для езды из прихожей в гостинную (на кухню нельзя, там плитка).
И это — не зря, все определяется конструктивными особенностями, и не полный привод тут главный.
Например, возьмем отечественную «Ниву». По размеру она даже меньше современных компактных кроссоверов, но кроссовером ее назвать язык не повернется. Хотя бы потому, что она застрянет в грязи совсем недалеко от УАЗика. Однако, «Нива» здесь упомянута не зря. Она — переходной период. И очень популярный — за рубеж было продано 1.8 миллиона экземпляров.

Полноприводные авто — это не сегодняшняя придумка, первый полный привод был запатентован в Англии в 1893 году.
Однако, предложение рождает именно спрос, а спроса не было. Его создали только военные, которые во время Первой Мировой начали использовать автомобили для своих нужд. Тогда выяснилось, что автомобиль куда мощнее лошади, да только лошадь гребет всеми четырьмя копытами, а не только задними ногами. Поэтому уже в Первую Мировую было изготовлено порядка 30 тысяч полноприводных армейских автомобилей (тут отличились американские компании FWD и Nash Quad). Вроде бы число заметное — но к тому времени «Ford T» уже имел больше двух миллионов экземпляров.

Причина проста — слишком высокая цена и сложность конструкции.
В мирной жизни такую девайсину банально некому и не на что было обслуживать.
Но потребность была!
И, как только позволили технологии, полный привод пришел в быт. Именно тогда, а никак не раньше, попаданцу тут места нет.

А времена эти наступили сразу после Второй Мировой и для гражданского покупателя вышли два автомобиля — Jeep и Land Rover. Разницы между ними было немного, первый был просто знаменитый военный Willis, а второй — гражданская модель из его агрегатов. Собственно, так и тянулось до 1970-х годов. Хотя внедорожники существовали и продавались для сельских жителей и в немалых количествах, но у них у всех был подключаемый полный привод. С постоянным полным был, фактически, только Land Rover.

Тут небольшое отступление — про постоянный полный (full time) и подключаемый (part time).
Дело в том, что в повороте у автомобиля задние колеса не идут точно по траектории передних, они идут чуть по меньшему радиусу и проходят чуть меньшее расстояние. Если жестко связать переднюю и заднюю ось автомобиля, то в повороте с такой жесткой трансмиссией одна из осей должна проскакивать. И тут вопрос даже не в том, что легко убраться в кювет, дело в нагрузках на трансмисиию, она банально быстро сдохнет. Поэтому необходимо ставить между осями дифференциал. А это — лишняя деталь (недешевая совсем), которая требует и отдельной смазки и отдельного контроля. Соответственно, фермерские авто на этом экономили (да и где там был асфальт? а по земле оси проскальзывали нормально).

Для обеспеченных же был изготовлен Land Rover, у него был вменяемый кузов с достаточным комфортом для тех времен.
Однако — тут образовался затык. То ли британский консерватизм виной, то ли инертность мышления, но англичане не пытались построить дорожный автомобиль, они строили именно внедорожный. Соответственно — рамная конструкция и рессоры. По шоссе на нем ездить… ну, скажем так: неприятно.

И вот тут воткнулась «Нива». У нее полный привод был такой же, как у Land Rovera — с постоянным полным (межосевым дифференциалом), но кузов поставили несущий, а подвеску пружинной. Да что там пружинной — независимая передняя подвеска на внедорожнике была революцией!
Но это все далось дорогой ценой. В рублях. Не нужно вспоминать дешевизну «Нивы» на зарубежном рынке, ведь в СССР она была, фактически, в два раза дороже «жигулей» (это просто лирические отступление о «простоте конструкции», которая простая только по современным меркам).

Но «Нива» — все-таки только половина революции в сознании, вторую половину сделали AUDI в «Quattro». Они пошли с другой стороны — они сделали авто для асфальтовых дорог, с малым клиренсом и легковушной посадкой, но которое могло бы быстро ездить. Соответственно, конструкция полного привода с межосевым дифференциалом не подходила, потому что непонятно сколько мощности отдавалось какой оси и гонщик автомобиль в повороте «не чувствовал». А Quattro строилась для ралли.
С этой проблемой столкнулись еще в 1903 году (Spyker 60 H.P.) и с тех пор от полноприводных авто в гонках отказались.

Ауди первой решила эту чисто техническую проблему. Проблема оказалась сложной, пришлось городить специальный дифференциал Torsen, который умел перебрасывать мощность либо вперед, либо назад. Это не просто самоблокирующийся дифференциал, это умный дифференциал, распределяющий мощности.
Тут тоже попаданцу ловить нечего, torsen был разработан именно тогда, когда это позволили технологии.

Но Quattro — это тоже не кроссовер. Это гоночная машина, которая широкому пользователю не нужна. Покупателей на гоночные машины никак не больше, чем покупателей полноприводных Land Rover`ов.
Широкому покупателю нужно было что-то иное — машину, которая хорошо ездит по обычным дорогам, но может на пару минут выехать на грунтовку. И чтобы подешевле.
Это и есть кроссовер, и в управлении полным приводом сейчас в большинстве случаев ставят просто электроуправляемую муфту, которая включается по команде компьютера и может подключать другой мост. Дешево и сердито. Если залезть в грязь, то через несколько минут муфта перегреется и отключится, что сделает машину переднеприводной. Просто потому, что муфта должна включаться только изредка, всего на несколько секунд, но при этом добавляя авто заметное количества устойчивости в скользком повороте или возможность залезть на обледенелый бордюр. Это и значит «паркетник».

Осталось разобраться, при чем тут слово «компактный».
А вот тут тоже интересно.
У машины есть прямая зависимость — чем больше авто, тем оно дороже. Тут только железо денег стоит, не вспоминая об остальном. А цена системы полного привода — примерно одинакова для всех кроссоверов. Поэтому процент стоимости, набавленный полным приводом куда выше в маленьком авто. Увидев такую разницу в ценах, покупатель просто не купит полноприводный автомобиль. Снижение же цены стало возможным именно с электроуправляемым Haldex`ом, в котором минимум механических деталей и максимум электроники.
Кроме того — нужно было научить ездить такое авто «по-легковому», да еще с соответствующей экономией. Это задача для целого коллектива, и, как показывает опыт некоторых кроссоверов, не у всех это получилось.

Опять-таки — нет поля деятельности для попаданца, все получается в соответствии с реальным развитием очень большого количества технологий, синхронного развития!
Единственная точка, куда попаданец может втыкнуться — это щель между Land Rover`ом и Нивой.
Но и на этот счет у меня есть сомнения, ведь для новой вещи требуется соответствующая психологическая обработка покупателя, товар должен получить некую «ауру». И еще нужен был СССР, который смог дешево продавать на запад дорогую машину…

Однако, на практике выясняется, что кривошип — изобретение не столь давнее, но как всегда — изобреталось несколько раз…

Сначала исторические факты. Достоверно изобретение кривошипа подтверждено в Европе во времена Римской Империи, [...]]]> Кривошип — это простейший механизм для превращение вращательного движения в поступательное.
Нам кажется, что он существовал всегда, вот прямо начиная с каменного века.

Однако, на практике выясняется, что кривошип — изобретение не столь давнее, но как всегда — изобреталось несколько раз…

Сначала исторические факты.
Достоверно изобретение кривошипа подтверждено в Европе во времена Римской Империи, примерно со 2-3 века нашей эры.
Его точно использовали для приведение в действие пилы от водяного колеса. Но просуществовал он недолго — развал Римской Империи, варвары, то-се… И кривошип забыли. Вспомнили только к 850-му году и для начала использовали для движения точильных камней. Девайс заценили. Начали делать музыкальный инструмент — некий гибрид шарманки с механической арфой. И дальше — понеслось: с 1430 года — мукомольная мельница, а с 14 века — кривошип в механизме заряжания самострелов.

Вроде бы все примитивно и изобретать тут нечего.
Однако, выясняется, что этот простейший механизм долгое время никому не приходил в голову.
Более того — не делали даже мельничные жернова, которые вращались ручкой вставленной сверху! Даже колодезный ворот не могли сделать! Это все было придумано только в районе 2 века нашей эры, а весь медный век обходились без таких примитивных вещей. Тот же жернов вращали ходящие по кругу рабы или животные. А когда начали вставлять рукоятки — они вставлялись радиально сбоку!

Более того — ситуация такая была не только в Европе. В том же Китае, который славится древними изобретениями, до кривошипа дошли не раньше 200 года нашей эры. Как-то совпадает по времени, вы не находите?

Удивительный пример инерции мышления.
Объяснение этому есть — в природе нигде не используется кривошип.
Но ведь и колесо тоже не используется! Поэтому умственное усилие для изобретения кривошипа было никак не меньшим, чем для изобретением колеса.

Ну хорошо, а попаданец что с этого может поиметь? Будет строить лесопилку на водяном колесе?
Можно конечно, и лесопилку, но я бы рекомендовал начать с простого — с плотницкого коловорота. Он стал известен только где-то с 14 века!
Огромное поле для внедрения такой примитивной вещи.

Вот представьте себе — Иосиф (отец Иисуса) был плотником. И у него не было коловорота. Хотя сверла были — для лучкового сверла и Иосиф наверняка ими пользовался.
И, похоже, что Мария (мать Иисуса) не имела в хозяйстве классических ручных жерновов с торчащей сверху ручкой. А сам Иисус ни разу не видел колодезного ворота.
Конечно, они как-то обходились без этих инструментов. Но это — отличный повод взяться за работу попаданцу. Тем более, что аборигены не видели связи в перечисленных устройствах и для того, чтобы кривошип перешел от одного применения к другому, требовались сотни лет.

P.S. Интересно, а как без коловорота собирали Троянского Коня или строили «Арго»?