Реальные модели

Изучая возможности удивительной на мой взгляд программы Macromedia Flash v5.0 я пришел к довольно интересной идее. Во-первых, это прекрасный редактор векторной графики. И, во-вторых, с помощью этой программы можно анимировать практически все, можно так же создавать модели реально существующих явлений или механизмов и на примере этих моделей легко демонстрировать обучаемым принципы их функционирования. Дидактический принцип наглядности от этого только выиграет. На этих примерах можно обучать и самой программе Flash, причем обучение будет разносторонне заинтересовывающим.

Из интереса я сделал две модели и написал к ним пояснения.

Модель автоматического пистолета

Известно, что пистолеты системы “наган” очень неудобны вследствие низкой скорострельности. Скорострельность – это максимальное количество выстрелов, производимых в единицу времени. Низкая скорострельность такого типа пистолетов объясняется довольно неудобным механизмом перезарядки и взведения курка. Обычно взведение курка происходит вследствие механического усилия, производимого стреляющим в направлении спускового крючка. И это в лучшем случае. В худшем случае данная операция осуществляется не автоматически, а вручную после каждого выстрела (как в старых американских вестернах).

Автоматические пистолеты практически во всех отношениях опережают своих младших собратьев. Хотя у них есть и недостатки. Во-первых, автоматическое оружие состоит из большого числа функциональных узлов, подверженных механическим повреждениям (особенно это характерно для образцов, произведенных из некачественной стали). Во-вторых, подобного рода устройства боятся загрязненности и требуют повышенного внимания при уходе за ними.

Итак, теперь о принципе их функционирования. Как Вы уже догадались, автоматические пистолеты более скорострельны. И это их качество обусловлено механизмом “перезарядки”. Заметьте, под “перезарядкой” здесь понимается приведение заряженного пистолета в боевое состояние.

После того, как Вы вставили магазин и сняли пистолет с предохранителя он все еще не готов к бою. Все патроны находятся в магазине. Для того, чтобы один из них под действием специальной магазинной пружины попал в патронник необходимо взвести (“передёрнуть”) затворную раму (затвор). Одновременно произойдет следующее:

При отпускании затвора произойдет следующее:

Теперь самое интересное. Как же работает механизм автоматической “перезарядки”?

При нажатии на спусковой крючок срабатывает система рычагов, снимающая курок со стопора. Сильная пружина приводит его в движение. При ударе курка о боёк (специальную иглу, направленную в сторону патрона) происходит следующее:

В узком цилиндре гильзы (а затем и ствола) небольшое количество воздуха начинает резко увеличиваться в объеме (вследствие теплового процесса). Это приводит к тому, что пуля и гильза начинают разлетаться в разные стороны с громадной кинетической энергией. Иначе говоря, цилиндр “хочет” принять объем своего содержимого, раздвигая тем самым дно гильзы и основание пули в противоположных направлениях.

В силу того, что гильза упирается в край затвора, ее движение замедляется. Но даже несмотря на большой вес затвора и силу пружины, удерживающей его в крайнем правом положении (см. модель) его отбрасывает в противоположную сторону (хотя и со значительно меньшей скоростью, чем пулю). Во время движения затвора гильза, будучи захваченной специальным захватом ударяется о неподвижную часть рамы пистолета (своего рода отбойник) и выбрасывается через специальное отверстие в затворе наружу.

Пуля, в свою очередь, беспрепятственно мчится к цели. Следует заметить, что большинство пистолетов является нарезным оружием. Это значит, что внутренняя поверхность ствола имеет специальные нарезки, сообщающие пуле дополнительное вращательное движение (что значительно увеличивает убойную силу оружия). При вылете пули из ствола весь нагретый газ устремляется вслед.

В это же самое время снова взводится курок; затем новый патрон из магазина заталкивается затвором в патронник.

Пистолет снова готов к бою.

Модель четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Вы, наверное, в курсе чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного? И какой лучше? Если нет, то это повествование для Вас.

На самом деле это две классические схемы устройства двигателя внутреннего сгорания. Естественно, чем больше тактов, тем эффективнее расходуется топливо и тем выше коэффициент полезного действия. Самое удивительное, схема работы двигателя коренным образом не изменилась с самого момента её появления.

Технология развивается разве что по части производства основных функциональных узлов. Большинство инженерных решений касаются реализации систем впрыска топлива, газораспределительных механизмов, коробок передач, материалов, из которых производятся блоки цилиндров, кривошипно-шатунные механизмы и прочие узлы, подверженные повышенному механическому износу. Так, например, японцы предложили использовать в качестве материала для производства блока цилиндров керамику с целью уменьшить теплоотдачу в атмосферу, понижающую мощность двигателя и его КПД.

Теперь по сути. Четыре такта, или четыре этапа в цикле работы двигателя - это этапы движения, совершаемого кривошипно-шатунным механизмом.

Следует заметить, что основными узлами любого двигателя внутреннего сгорания служат: 1) "поршень" - стальной цилиндр, совершающий возвратно-поступательные движения вдоль 2) "цилиндра" - полой емкости (камеры) цилиндрической формы, в которой собственно и происходит процесс возгорания топлива; 3) "коленчатый вал", чье вращательное движение передается по системе шестерней и преобразуется в поступательное движение Вашего авто :); 4) "маховик", - обычно массивное тело, совершающее вращательные движения вокруг оси коленвала с целью усиления инерционного эффекта и улучшения равномерности движения; 5) "шатун" - стальной рычаг, связывающий поршень и коленвал, за счет чего и преобразуется поступательное движение первого (т.е. поршня) во вращательное движение второго (т.е. коленвала). Всё это и есть кривошипно-шатунный механизм.

Итак, вот они, - четыре такта:

Теперь подробнее.

Впрыск топлива обычно происходит в той стадии цикла, когда коленчатый вал и маховик все еще совершают вращательные движения, а именно, когда поршень движется от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. Таким образом топливо равномерно распределяется по всему цилиндру, ведь поршень создает некоторое подобие вакуума в верхней части камеры. Открыт только клапан, отвечающий за ввод в камеру топлива.

На втором такте работы поршень поднимается вверх и создает в камере избыточное давление, сжимая тем самым горючую смесь бензина с воздухом, поступившими из карбюратора. Заметьте, газораспределительная система настолько интеллектуальна, что в каждый момент времени "знает", на каком такте цикла находится двигатель. В данном случае её задача состоит в закрытии всех клапанов, отвечающих за ввод в камеру топлива и за отвод отработавших газов.

И как только поршень оказывается в верхней мертвой точке свеча вырабатывает искру и поджигает сжатое топливо. Происходит возгарание - 3-ий, рабочий такт. Поршень мгновенно отбрасывается вниз. Его движение передается коленчатому валу. Следует заметить, что и на этом такте система газораспределения запирает все клапаны. Направление движения коленвала всегда одно и тоже за счет инерционности движения маховика. Это же обеспечивает возможность перехода к четвертому такту.

Как только поршень попадает в крайнее нижнее положение клапан, отвечающий за отвод отработавших газов отпирает соответствующее отверстие в цилиндре. За счет инерционности кривошипно-шатунного механизма поршень двигается вверх, выталкивая тем самым из камеры продукты горения и остатки несгоревшего топлива. Начинается новый цикл…

С вопросами и предложениями сюда.