Укрощение строптивой: Сказка о коварной гидродинамике, или о самом глупом транспортном средстве на свете, первой и второй модели
Эта история началась, когда редактор построил водяную ракету из бутылки от газировки. Такую игрушку в юном возрасте сооружает каждый ботаник, внутри которого скрывается озорной хулиган. Дернув за спусковой трос, очкастый мистер Хайд завороженно наблюдал, как пластиковая бутылка стремительно уносится ввысь, выбрасывая за собой могучую воздушно-водяную струю. «А что, если самому оседлать такую бутылку?» — подумал редактор. Действительно, водяной поток казался столь мощным, что, казалось, ракетный двигатель из десятков или сотен таких бутылок мог с легкостью толкать перед собой легкий одноместный автомобиль. Сразу вспомнился капитан Врунгель, оснастивший свою яхту «бустерами» из шампанского.
Пошарив в коробке знаний (ну, вы поняли, в компьютере с интернетом), редактор узнал, что в этом нелегком деле у него есть некоторое количество соратников из далеких королевств. Немногочисленные любители «водно-ракетных автомобилей» во всем мире делятся на три группы. К первой принадлежат истинные маньяки, которые собирают рекордные конструкции без каких-либо ограничений по бюджету и времени. Им доступны прочнейшие баллоны, выдерживающие давление в сотни атмосфер, сложнейшие клапаны и сопла, а в придачу — полигоны для дрэг-рейсинга, стартовые светофоры и полные трибуны зрителей. Такие машины зачастую строятся на базе настоящих автомобилей, и их скорость поражает воображение. К примеру, рекордный болид разогнался с 0 до 343,5 км/ч за 2,5 секунды!
Другой полюс занимают строители беспилотников. Построить такую машину проще простого: смастерите водяную ракету из бутылки и поставьте ее на колесики. Энтузиасты оснащают свои болиды радиоуправлением и измерительной аппаратурой, но суть остается прежней: это просто бутылка на роликах.
На экваторе между этими крайностями живут самодельщики, которые тоже строят машины из подручных средств: бутылок, водопроводных труб, пивных бочек и подобных материалов. Разница заключается лишь в том, что их аппарат обязательно должен увезти своего создателя. Это хобби далеко не такое распространенное, как строительство картофельных пушек (вскоре мы поймем, почему), однако и его приверженцы порой устраивают слеты и соревнования. Хорошим результатом для такой машины считается пройденное расстояние в 30−50 м. Заручившись поддержкой единомышленников, именно в это экваториальное государство проложил свой путь наш сказочный герой.
Карета от Ferrari
Машину было решено строить из 19-литровых бутылей, в которые разливают питьевую воду для кулеров. Предварительные расчеты показали: чтобы обеспечить достойную тягу, необходима система объемом 150−200 л. А значит, двенадцати таких бутылей должно было хватить с запасом. Да, друзьям не давала покоя слава 12-цилиндровых моторов Ferrari, поэтому двигатель скомпоновали в виде двух рядов по шесть бутылей.
Если говорить точнее, получилось два двигателя с отдельными соплами и кранами, и в этом был свой практический смысл. С первого раза довольно трудно правильно определить диаметр сопла для водяного мотора. Если сопло выбрано не слишком удачно, то может потребоваться усилие сразу двух двигателей, чтобы сдвинуть машину с места. Если же каждый двигатель способен толкать аппарат в одиночку, их можно включать поочередно. Последовательное включение двигателя позволяет проехать дальше за счет использования инерции после первого толчка. Эту тактику часто применяют на соревнованиях. Бутыли соединили выпускным коллектором из любимого материала «TechInsider» — пластиковых труб и фитингов ПВХ.
Разумеется, шикарному двигателю просто необходимо достойное шасси. Друзья было задумались о карбоновой раме и сверхлегких колесах от шоссейного велосипеда... И тут средь ясного неба сказочной страны «TechInsider» впервые прогремел гром. В оглушительных раскатах ясно прозвучало грозное слово «бюджет», и карета превратилась в тыкву из деревянного бруса с колесами от грузовой тележки. Между прочим, дерево — очень легкий и легко обрабатываемый материал, а 200-миллиметровые колеса оснащаются надежным подшипником и прекрасно катятся по ровному асфальту. Высокотехнологичный гламур исследовательской установке ни к чему.
Метр за атмосферу
Испытания бутылочного авто подарили нашим героям мегатонны бесценного опыта. Трудности начались уже на этапе заправки. Наклонив машину вперед, воду заливали прямо через сопла, но воздух, скопившийся в бутылях, отказывался выходить наружу. Опыт водяных ракет показывает, что для эффективной работы ракетного двигателя он должен быть заправлен водой чуть больше чем на треть. В нашем случае это около 80 л, или четыре бутыли воды. Однако уже после заливки первой бутыли воздух отказался впускать в систему больше «топлива». Ситуацию удалось разрешить, вставив в коллектор длинный тонкий шланг от капельницы, по которому воздух из глубины смог выходить наружу.
Наших героев подвела также страсть к визуальным эффектам. Наклонное расположение бутылей действительно сделало машину похожей на хот-род, однако при наполнении водой емкости стали слишком тяжелыми и принялись ломать трубопровод. К счастью, их удалось оперативно закрепить ремнями.
Наконец, самой главной ошибкой стали сами бутыли. В них не хранят газировку, и они не рассчитаны на большие давления, как бутылки из-под колы. Приняв в себя лишь немного воздуха, они сразу вышли из своего эффектного образа: округлились и раздулись, превратившись из подтянутых прозрачных цилиндров в нелепые пузатые шары. Их безрезьбовые пробки также не созданы для противостояния воздушной стихии. Они были надежно прикреплены к трубопроводу гайками, но в месте соединения с горлышком тут же дали течь.
Стрелка компрессора довольно скоро застыла на отметке около 1,5 атм, в то время как вода сочилась изо всех щелей. Стало ясно, что качать дальше нет смысла. Отважный редактор спешно занял место водителя и изо всех сил дернул за обе рукоятки одновременно. Обрызгав всех, кому посчастливилось стоять сзади (оказывается, 1,5 атм — это не так уж и мало), он гордо проехал 1,5 м. По одному метру на атмосферу.
Редактор испытал смешанные чувства. С одной стороны, конструкция не выдержала испытаний, а результат оказался далек от рекорда. С другой стороны, когда в спину тебя толкает не ДВС и не твердая рука друга, а эфемерная смесь воды и воздуха — это ни с чем не сравнимое новое, необычное чувство. И оно ему понравилось.
Родственник огнестрела
Укрощать коварную гидродинамику было решено с помощью лучшего в мире материала — труб ПВХ. Такие трубы выдерживают нагрузки при выстреле из огнестрельной картофельной пушки, а вода и давление до 1,6 МПа для них вообще родная стихия. На этот раз из труб решили сделать не только выпускной коллектор, но и сами емкости для воды: герметичные, надежные, жесткие.
Для емкостей были выбраны трубы диаметром 200 мм, но тут над «TechInsider» вновь прогремел гром со зловещим словом «бюджет»: стоимость фитингов с ростом диаметра труб увеличивается в геометрической прогрессии. В итоге диаметр емкостей уменьшился до 110 мм. Прицелившись в общий объем 150 л, друзья разработали V-образный 14-цилиндровый мотор с единственным общим краном и 40-мм соплом.
Склеивая трубы и фитинги ПВХ, нужно строго соблюдать технологию, чтобы соединения оказались прочными и герметичными. Трубы нарезают труборезом. Он оставляет ровный красивый край, но на месте среза труба слегка расширяется и с трудом входит в фитинг. Если заталкивать ее в фитинг силой, край соберет весь клей и большая часть поверхностей соприкосновения останется сухой. Поэтому с помощью специального инструмента со срезов снимают фаску. Она помогает трубе легко войти в фитинг и равномерно распределяет клей по всей контактной поверхности.
Памятуя о былом опыте, строители установили в двигатель систему продувки. Из-под самой вершины каждого цилиндра был отведен шланг, по которому воздух мог выходить к заливной горловине. Благодаря шлангам вода заливалась в трубы легко и непринужденно.
На этапе строительства был выявлен существенный минус труб ПВХ — большая масса. Незаправленная машина в итоге весила почти столько же, сколько и ее водитель.
Лучший способ промокнуть
Давным-давно, разыскивая по магазинам детали для строительства картофельной пушки, редактор удивлялся, почему напорные трубы из ПВХ столь непопулярны. Оказалось, покупатель не зря проголосовал рублем в пользу сварного полипропилена. Сами трубы ПВХ прочны и надежны, а вот клеевые соединения, даже при тщательном соблюдении технологии сборки, не выдерживают работы под давлением. Первая течь в двигателе показалась уже при 1,5 атм. А когда стрелка манометра вплотную приблизилась к отметке 2, для второй модели гидрореактивного автомобиля наступил звездный час.
В удивительной стране «TechInsider» очень много жителей, и у каждого из них полно важных дел. Как жаль, что на первых испытаниях второй модели не было фотографов и операторов! На отметке в 2 атм двигатель в буквальном смысле разорвало пополам. При этом половина мотора вместе с шасси уехала метров на 15, а в другую сторону на несколько метров отлетела вторая половина двигателя, тяжелая, с несколькими метровыми цилиндрами, выпускным коллектором и краном. Редактор стоял мокрый насквозь и смеялся: этот взрыв был куда веселее ракеты, улетающей в небо на несколько десятков метров. Машины больше не было, ведь сломанные соединения ПВХ нельзя клеить заново.
И тут в небе третий раз грянул гром, и на этот раз вместе со словом «бюджет» отчетливо прозвучало еще более страшное слово «дедлайн». Проект пора было завершать. И отважные герои решили пойти ва-банк. Они укрепили все стыки силиконовым герметиком, механически скрепили всю конструкцию саморезами и заправили ее водой под завязку. По их задумке, течи во время накачки должны были привести к оптимальному соотношению воды и воздуха в цилиндрах как раз к моменту запуска.
Началась увлекательная битва: автомобильный компрессор против многочисленных течей. Статус-кво, как ни удивительно, установился на отметке в 2 атм, и был дан старт. Машина проехала 17 м. Это вовсе не те же метры, на которые взлетает вверх водяная ракета. Это тяжелейшие метры, которые проходит конструкция общей массой за 200 кг! Конечно, результат оказался далек от рекорда. Однако следует помнить о том, что наши герои не использовали ухищрений в виде многоступенчатого двигателя, съемных сопел, металлического трубопровода. Неплохо для начала.
Вот и сказке конец, а кто слушал... Тот пусть идет в магазин, покупает оптовую партию газировки и строит свою реактивную машину. Потому что это настоящий вызов, непроторенный инженерный путь, чистый лист для конструктора и просто море веселья.