Исследовательская работа на тему "Водометный двигатель"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 69

с углубленным изучением отдельных предметов»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема: Водометный двигатель

Автор работы:

Шишмарин Вадим

ученик 2 А класса

кл. руководитель:

Елганова И.А.

ИЖЕВСК

2014

Введение

Издавна наблюдая за передвижением морских существ в водах океана, таких как каракатица, осьминог, морской гребешок и медуза, человек пытался понять, как и за счет чего движутся в воде эти существа. Со временем люди поняли, что эти животные движутся, используя резкий выброс вбираемой ими воды, то есть их перемещение происходит с помощью реактивного движения. Однако еще очень долгое время человечество не могло применить эти знания на практике.

За 250 лет до рождества Христова греческий ученый Архимед размышлял о водометном принципе движения и даже вплотную приблизился к сегодняшнему решению, предложив винтовой подъемник для воды, который впоследствии назвали Архимедовым винтом. Длинный винт в трубе вращался мускульной силой человека [1].

Много позже Исааком Ньютоном принцип реактивного движения был сформулирован в Третьем законе: «Всякое действие порождает равное по величине и противоположно направленное противодействие». Именно открытие этого принципа позволило людям экспериментировать с водометными двигателями [1, 2].

Впервые практическое применение такого способа перемещения —   идея о самом принципе отброса воды было проведено в Англии в 1661 году, но только с изобретением Уаттом парового двигателя в 1765 году были достигнуты осязаемые результаты [2]. В этом же году Рарриси и Мейен создали насос с паровым приводом для откачки воды из трюмов судов с выбросом струи воды через корму.

Наиболее совершенный тип насоса был создан в Лондоне Генри Бессемером в 1849 году [1, 2]. Он создал осевой насос с одной трубой на всасывание в носовой части судна и с двумя патрубками с кормовой стороны. Бессемер поставил крыльчатки перед и за винтом подачи воды для спрямления струи и для компенсации потерь, вызываемых вращением струи воды. Александр Хедьярд в 1852 году предложил другую конструкцию. В насосе имелось поворотное сопло, которое можно было направлять вперед или назад. Насос всасывал воду через отверстие в днище судна и выбрасывал ее сквозь корму. Поворот струи приводил к повороту судна.

Ученые разных стран мира пытались найти применение водометному паровому двигателю и усовершенствовать его. Эти работы велись в Германии, Швеции, Англии и России. В России этим вопросом занимался механик Бурачек [3], который в 1855 году представил действующую модель водометного двигателя.

Считается, что современный водометный двигатель был изобретен новозеландцем (овцеводом) Крисом Уильямом Файлденом [2]. Водометные двигатели обрели свой настоящий дом в Новой Зеландии. Созданные здесь водометные суда побеждают во всех соревнованиях на самых сложных и опасных трассах. Кроме того, водометные двигатели используются не только в спорте, но и находят применение в армии. Например, в Вооруженных силах Российской Федерации такие движители установлены на плавающей бронетанковой технике и подводной лодке проекта «Борей» [2].

Преимуществами водометов [4], благодаря конструктивным особенностям перед винтовыми моторами, являются отсутствие открытых вращающихся частей, что делает их безопасными при использовании, незаменимость для прохождения по мелям, перекатам, рекам, засоренным  сплавом леса, заросшим травой участкам водоемов, использование в качестве насоса для перекачки воды. Основным недостатком является более низкий по отношению к гребным судам коэффициент полезного действия.

Однако споры о целесообразности применения водометных движителей продолжаются до сих пор. Например, в нашей стране, начиная еще с 60-х годов, конструкторы и производственники не приходят                        к общему мнению по этому вопросу.

Цель работы: изучить водометный принцип движения на примере реактивного парового водомета.

Задачи:

ознакомиться с историей возникновения изучаемого вопроса;

узнать, что такое водометный двигатель;

разработать модель парохода с паровым водометом;

собрать пароход с паровым водометом;

провести тестовый пуск собранной модели.

Разработка и сборка модели парохода с паровым водометом

За основу взяли детскую игрушку пластмассовый катер или можно  взять любой плавучий материал [5]. Малые отверстия в катере заливали водостойким клеем. Крупные отверстия катера закрывали вырезанной в размер винной пробкой и проклеивали по контуру клеем. В палубе катера и в нижней части кормы, погруженной в воду, сверлили по два отверстия диаметром 5 мм (см. Приложение 1).

Далее брали пустую железную баночку из-под детского питания, которую зачищали снаружи от краски. Ножовкой по металлу срезали две трети банки, спиленный край ровняли шкуркой, в получившейся «кастрюльке» сверлили два отверстия под медные трубки диаметром 5 мм (трубки могут быть латунными либо алюминиевыми). Края трубок зачищались и припаивались с помощью паяльника. Затем трубки изгибались таким образом, чтобы провести их сквозь отверстия в палубе катера и вывести в кормовые отверстия на 10-13 мм. Расстояние от дна «кастрюльки» до палубы составляло 40 мм (см. Приложение 2).

Из жестяной тонкой пластинки вырезалась круглая крышка и тоже припаивалась к «кастрюльке». Затем крышка слегка продавливалась, чтобы получить подвижную мембрану. Дуя в трубочки, можно заставить мембрану щелкать. Котел желательно делать как можно меньше: чем меньше объем воды внутри двигателя, тем быстрее он будет выходить на рабочий режим (см. Приложение 3).

Тестовый пуск катера

Перед включением двигатель полностью заполнили водой с помощью медицинского шприца, объемом 6 мл. Конструкция двигателя имеет именно две трубки, а не одну, чтобы облегчить «заправку»: пока вода заливается в одно сопло, воздух выходит из другого. При этом обе трубки были постоянно погружены в воду.

Когда под котел ставили свечку в подставке, вода в нем постепенно нагревалась и начинала кипеть. Образующийся при этом водяной пар выталкивал воду из котла. Проходя по трубкам, вода остывала, давление в котле падало, и двигатель всасывал воду обратно. Таким образом в трубах происходило постоянное возвратно-поступательное движение водяного столба. Подвижная мембрана при работе двигателя издавала громкий тарахтящий звук, напоминающий работу мотора.

Несмотря на то что водяной столб совершал движения в обе стороны, двигатель толкал катер вперед. Это связано с тем, что вся вода выталкивалась из трубок в одном направлении, а засасывалась со всех сторон.

Простейший паровой водомет можно сделать и вовсе без котла. Достаточно согнуть трубу в несколько витков прямо над свечкой на манер кипятильника.

Заключение

1. Изучив историю создания парового водометного двигателя, понял, что процесс его создания и применения волновал людей уже в древние времена, а не несколько последних десятилетий, как я предполагал.

2. Построена действующая модель катера с паровым водометным двигателем.

3. Испытание катера подтверждает третий закон Ньютона «Всякое действие порождает равное по величине и противоположно направленное противодействие».

Литература

1. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/

3. Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн, 2006.

4. Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители, 2 издание, Л., 1970, с. 346-49.

5. http://www.popmech.ru/master-class/11295-reaktivnyy-parovoy-vodomet-parokhod/#full

 Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3