Первый ветродвигатель с горизонтально машущими крыльями предложил еще в 20-е годы прошлого века советский изобретатель И.Н. Миронов (рис. 1).

На верху небольшой башни он расположил пару крыльев на общей штанге, укрепленной на валу. Особый механизм действовал так, что одно крыло поворачивалось на ребро, а другое в этот момент ложилось горизонтально. Первое крыло встречало сильное давление ветра и двигалось назад по его ходу. В этот момент другой конец штанги двигался вперед, а укрепленное на нем крыло не мешало, поскольку давления ветра почти не испытывало. Взмах (поворот) штанги с крыльями занимал 90°. В конце его происходил разворот крыльев и начиналось их движение в обратном направлении. Вал такого ветродвигателя попеременно вращался то в одном, то в другом направлении, а механизм преобразовывал его в однонаправленное.

При башне сравнительно небольшой высоты ветродвигатель Миронова позволяет получать значительную мощность за счет применения крыльев большого размаха. Однако в конце взмаха крыла, при его торможении, на штанге возникали значительные усилия и вибрация всей установки. Это ограничивает ее мощность и сильно снижает срок службы.

Есть крылатые ветряки, совершающие, как птицы, взмахи в вертикальном направлении. Их крылья непременно должны изменять в конце взмаха свой угол атаки для того, чтобы напор ветра двигал их то вверх, то вниз. Обычно для этого применяют особый, довольно сложный кривошипно-шатунный механизм. Всем он, казалось бы, хорош, но есть у него так называемые мертвые точки, выйти из которых можно только с помощью посторонней силы. Поэтому чаще предлагаются ветряки, похожие на стрекозу, с парой механически связанных крыльев, движущихся в противоположных направлениях. В этом случае одна из пар крыльев обязательно не находится в мертвой точке и может помочь другой. При этом за счет встречного движения удается частично погасить, а точнее, замкнуть внутри возникающую при работе системы вибрацию.

Очень интересен ветродвигатель, предложенный известным своими работами в области машущего полета авиамоделистом Г.Васильевым. Двигатель оснащен крылом параллельного взмаха. Оно перемещается вверх-вниз при помощи кривошипно-шатунного механизма, который одновременно и снимает мощность, и управляет углом атаки крыла. В результате этого ветер тянет крыло то вверх, то вниз.

Два таких крыла могут быть установлены на кривошипах, сдвинутых под углом 180°, что позволит им двигаться навстречу друг другу и полностью замкнуть ударные нагрузки внутри приводного механизма.

Крылатые ветряки, как и ветряки с пропеллером, часто устанавливают на поворотном корпусе с хвостовым пером, что позволяет им разворачиваться по ветру. Однако это довольно сложно, да и всегда ли нужно?

Финские изобретатели нашли иное решение. Крыло параллельного взмаха они попробовали закрепить на самом коньке крыши сельского дома (рис. 3).

Было бы, конечно, желательно, чтобы такой дом вертелся, как избушка Бабы-Яги, но это не обязательно. Сам скат крыши работает здесь, как ветроплотина, концентрирующая энергию ветра на крыле ветряка. В результате проигрыш от невозможности развернуть ветряк по ветру с лихвой окупается выигрышем по мощности от концентрации энергии ветра. (Эффект, кстати, можно значительно усилить, придав крыше особый аэродинамический профиль.)

Поскольку энергия крылатого ветряка еще менее стабильна, чем у ветряка с пропеллером, финские специалисты заставили его вырабатывать не электроэнергию, а тепло. Для этого на валу ветряка установили мощный масляный демпфер — бак с маслом, в котором вращается колесо с лопатками. В нем за счет трения механическая энергия превращается в тепло, которое идет затем на отопление дома. Скорость вращения и частота включения ветряка для такого устройства безразличны. А КПД масляного демпфера составляет практически 100 %. Повторить финскую разработку было бы сложно, поэтому, если вы хотите построить модель ветряка, лучше взять конструкцию с крылом Васильева (рис. 2).

Модель махокрылого ветряка:

_{1 — крыло; 2 — направляющая; 3 — шатун; 4 — лонжерон; 5 — кривошип (R = 50 мм); 6 — маховик; 7 — электрогенератор.}

Она имеет крыло симметричного профиля, лонжерон которого движется по двум направляющим. Под действием ветра в зависимости от угла наклона на крыле возникают силы, стремящиеся его либо поднять, либо опустить. Эти силы через лонжерон и два шатуна, жестко с ним связанные, действуют на кривошипы, заставляя их вращаться. Полезная мощность снимается с вала этих кривошипов.

Для прохождения мертвых точек на валу укреплен маховик. Он же служит шкивом для привода полезной нагрузки, например, электрогенератора. При указанных на рисунке размерах можно ожидать получения механической мощности 10 Вт при скорости ветра 5 м/с.

Крыло, чтобы быть по возможности легким, выполняется по авиамодельной технологии. В качестве лонжерона используйте дюралюминиевую трубку диаметром 10 мм. Нервюры крыла — из обычной фанеры толщиной 3 мм. В процессе работы на лонжерон и крыло в целом действуют скручивающие его силы. Поэтому каждая нервюра должна быть надежно приклеена к лонжерону эпоксидной смолой. Дюралюминиевая трубка должна быть ровной и прямой, и перед склейкой ее тщательно обезжирьте.

Крыло желательно оклеить лавсановой пленкой на клею типа 88. После высыхания клея крыло может оказаться перекошено. Перекос устраняется прогреванием пленки с помощью утюга.

В первом эксперименте крыло и весь его механизм закрепите на доске. На ней же крепятся две металлические направляющие толщиною 2 мм, в которых для удобства сборки предусмотрен открытый торец, закрываемый перемычкой на винтах.

Пожалуй, самой сложной в изготовлении деталью ветряка являются шатуны, которые для возможности сборки приходится делать разъемными, на винтах. Сама необходимость размещения винта с гайкой (диаметр 2 мм) заставляет делать толстыми их головки. В то же время нежелательно увеличивать вес шатуна, так как это может привести к нежелательным вибрациям при работе. Поэтому попробуйте их сделать из фанеры толщиною 10 мм и последующим опиливанием средней части по возможности уменьшите их вес.

Верхняя головка шатуна должна быть закреплена от проворачивания относительно лонжерона при помощи шплинта. В нижней головке шатуна проходит кривошип. Для уменьшения трения фанеры по стали засыпьте в отверстие шатуна графит мягкого карандаша.

Каждый кривошип делается в два приема: вначале на кусок ровной прямолинейной проволоки (вязальной спицы) напаиваются пластинки с отверстиями, а затем удаляются лишние перемычки.

Вашего крылатого ветряка при среднем ветре вполне хватит для привода небольшого электрогенератора, например, электродвигателя от плейера, от которого может гореть яркий светодиод. Но если заставить работать от него простейший поршневой насос для перекачки воды, то мощности ветряка хватит на то, чтобы за сутки накачать целую бочку воды.

Если же увеличить все его размеры втрое, то мощность возрастет в девять раз и далее — пропорционально квадрату его линейного размера.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

Укрепите в пустом пластиковом флаконе от шампуня пару углей, налейте в него кипяченой воды, бросьте щепотку соли и подайте на угли постоянный ток. Между ними вспыхнет ослепительно яркая электрическая дуга, а вверх побегут пузырьки газа. Если вы сумеете измерить объем выделяющегося газа, то окажется, что он в 4 раза выше, чем должно быть по законам электролиза. А если бы удалось еще провести химический анализ газа, то оказалось бы, что в нем присутствуют элементы, которых нет в воде.