Для захисту Вітчизни

Проект «Тренажер-підйомник для відновлення опорно-рухового апарату» –  ©  Гайдучок Уляна (9 клас)2018 р.

Актуальність завдання. Статистика ВООЗ свідчить, що 90% пошкоджень хребта викликані травмою, і лише решта – переломами внаслідок гемангіом, туберкульозу, метастазів, тобто при впливі незначної сили, що не перевищує побутові значення. На жаль, на ПІвденному Сході України, де вже п’ятий рік наші захисники зазіхання оскаженілого «сусіда» на нашу свободу,  показники ушкоджень опорно-рухового апарату бійців і мирного населення  є не просто сумними, а кількісно та якісно іншими. Обстріли з мінометів – це не «вплив незначної сили», як говориться в аналітичних документах Всесвітної організації охорони здоров’я (ВООЗ). Успішні операції наших медиків заслуговують, звісно, на глибоку подяку, але пораненим потрібно подолати непростий і тривалий процес реабілітації.   Адже для людей з ураженнями опорно-рухового апарату дуже складно і болісно змінювати положення тіла при потребі лягати у ліжко чи вставати з нього.  Надто відчутними болі стають при  спробах встати після сну або тривалого відпочинку. Розслаблені за цей час ноги, раптово сприймають на себе усю вагу людського тіла. Намагання хворого допомогти собі, хапаючись, скажімо, за   хворе коліно, лише посилюють болі та неприємні відчуття, особливо на початках періоду реабілітації, коли координація нових рухів ще не стала сформованим рефлексом.

      Хреб-1 Хреб-2  Хреб-3 Хреб-4

Мета проекту. Розробка пристрою для забезпечення поступового і керованого наростання навантажень на опорно-руховий апарат.

Робоча гіпотеза. Якщо розмістити тіло пацієнта на площині, яку  поступово нахиляти з швидкістю, що забезпечуватиме належну адаптацію опорно-рухового апарату людини до відповідно змінюваних навантажень, то можна буде безболісно і без нових травм перевести хворого з горизонтального положення у вертикальне і навпаки.

Підказка від NASA. Свого часу вченими США, що працювали над реалізацією програми «Аполлон»,  були створені спеціальні тренажери для імітації ходьби на поверхні Місяця. Астронавт підвішувся до системи балансирів і противаг, що компенсувала 5/6 ваги його тіла, а ногами він впирався у похилу площину, на яку припадала  решта ваги. Власне, ця частка (1/6) й стане вагою людини на поверхні Місяця. Ці розробки, що імітують космічну мікрогравітацію у земних умовах, залишаються актуальними, зокрема в контексті нещодавно оголошеної в США нової Місячної місії з прицілом на Марс.

                         Хреб-5 Хреб-6 Хреб-7

Перехід  від статики до динаміки. Потрібно зазначити, що системи підвісів від НАСА є статичними, і вони забезпечують стабільний рівень квазігравітації. Натомість у розробленому нами пристрої вектор гравітаційного поля відносно тіла людини можна плавно змінювати: від 90о (вільне лежання) до 0о (стояння на ногах). Зрозуміло, що відчутно вплинути на гравітацію Землі нереально, але розташувати людину на пристрої можна так, що частина тяжіння компенсується стоянням на ногах, а інша частка —  лежанням на похилій поверхні.

Принцип дії конструкції. Підйомник являє собою жолоб, встановлений на міцному  каркасі з коліщатами так, що можна використовувати один жолоб для різних пацієнтів. Самі ж коліщата мають систему повного блокування, яка унеможливлює рух каркаса при підйомі людини. 

Коли потрібно змінити положення хворого, наприклад, перевести його з горизонтального у вертикальне положення, підйомник підкочують до ліжка з подальшим  блокуванням руху пристрою. Людина плавно перекочується з ліжка у жолоб і лягає в ньому за вказівкою лікаря на спину або на живіт. Далі жолоб перехиляють у вертикальний стан. Вставання людини на ноги може відбуватися за різними алгоритмами. Лікар визначає графік зміни навантаження, що опрацьовується мікропроцесором для одержання кутів нахилу підйомника і необхідного для цього часу.  За допомогою додаткового пульта пацієнт у будь-який момент може припинити процес підйому або навіть ввімкнути зворотну дію, якщо відчуватиме дискомфорт чи болі. Пристрій надає можливість хвору людину  безболісно   поставити на ноги в буквальному розумінні цього слова або, навпаки, вкласти її у ліжко також  без неприємних відчуттів у тілі.

Підйомник зручно використовувати у якості тренажера для опорно-рухового апарата хворих та їх реабілітації, поступово збільшуючи необхідні для цього навантаження. Проведені на макетах і діючих моделях випробування засвідчили високу надійність роботи пристрою, що відзначається простотою конструкції і можливістю виготовлення в умовах майстерень без значних затрат.

       Хреб-8  Хреб-10  Хреб-9

Висновки. Мету проекту реалізовано, правильність обраної гіпотези підтверджено. Пристрій може стати ефективним доповненням до відповідного обладнання у лікувально-реабілітаційних центрах, госпіталях, спортивно-оздоровчих  диспансерах, а також у житловому секторі для роботи по відновленню працездатності людей з порушеннями опорно-рухового апарату.

Проект «Вентильована система  для бронежилета» –  ©  Грант Світлана (9 клас)2018 р. 

Вент-жилетАктуальність проблеми. Підрозділи нашої армії на Південному Сході України часто стикаються з швидко змінюваним  і непередбачуваним  загостренням ситуацій у зоні  зіткнень і боїв з російськими загарбниками. Обстріли можуть розпочатися у будь-який момент, тому для запобігання уражень і збереження життя український боєць на бойових позиціях завжди одягнутий у бронежилет. 

Відомо, що сучасні бронежилети мають сітчасті підкладки, які забезпечують відносну циркуляцію повітря і хоч якусь вентиляцію внутрішнього простору. Але така вентиляція  на практиці є доволі  умовною, тому що в гарячу пору  бронежилет створює відчутний дискомфорт, знижуючи фізичні кондиції воїна, особливо тоді, коли доводиться непомітно і тривалий час  лежати у засідці або знаходитися на спостережних пунктах.

Завдання і реалізація проекту. Розробка системи автономної, відповідно належної вентиляції бронежилета при використання його безпосередньо у польових умовах, а саме за допомогою додаткового вентиляційного жилета, який одягається під основний бронежилет. Цей виріб, що перерозподілятиме повітря по усьому тілу, повинен бути тонким і практично не впливати на загальні габарити захисних обладунків воїна. 

 Конструктивно вентиляційний жилет (рис. 1) являє собою зшитих один до одного два жилети, у внутрішній простір між якими напомповується свіже повітря. Зовнішню оболонку жилета (2) виготовлено з тканини, що не пропускає повітря, а внутрішню оболонку (13) — з повітропроникного матеріалу або з тканини, що має додаткову перфорацію (14), для того, щоби раціонально використовувати закачане повітря.

Для гарантованого надходження повітря в усі закутки жилета між оболонками вшиті смужки тканини (12), простір між якими  створює мережу своєрідних повітропроводів. Джерелом свіжого повітря  є подібний до невеличкого ковальського міха нагнітач (3), який кріпиться липучкою (6-7)  з правої або з лівої сторони жилета.

Як працює система. Коли боєць розстібує замок (10-11) і трохи відводить руку від  тіла, зворотна пружина (15)  розпрямляє міх і в  нього через вхідний клапан (16) входить атмосферне повітря. Коли ж  боєць притискає руку до тіла, міх стискається і усе повітря через вихідний клапан (4-5) закачується в простір під бронежилетом. Отже, просто порухавши рукою боєць зможе провентилювати свій бронежилет.

Для більш інтенсивної роботи міх (3) може обладнуватись додатковим ремінцем (8), яким він пристебнується до руки. Нагнітальний міх кріпиться на липучках (6-7) і може бути легко від’єднаний та відкинутий в сторону, якщо цього раптом потребуватиме  оперативна ситуація. Взагалі нагнітальний міх може знаходитись у чотирьох положеннях: 1) транспортному – міх від’єднаний  і знаходиться у рюкзаку солдата; 2) очікування  — міх приєднаний до  бронежилета, але складений і не заважає виконанню інших завдань; 3) робочому — міх використовується для вентиляції бронежилета; 4) аварійному  — міх від’єднаний  від бронежилета, коли він навіть теоретично не може завадити бійцю виконувати  бойове завдання.

.Висновки. Конструкція  є простою як у виготовленні, так і у використанні, а тому  може бути впроваджена у виробництво для потреб Збройних сил України. Завдяки такій системі боєць отримує можливість  провентилювати свій бронежилет, не змінюючи положення тіла і не відриваючись від спостереження за противником чи під час виконання  інших обов’язків.

Проект «Спосіб  маскування безпілотних апаратів» –  ©  Біляк Олена (8 клас), 2017 р.

Актуальність проблеми. Малогабаритні тактичні безпілотні авіарозвідники попри те, що по всіх параметрах поступаються стратегічним БПЛА, все ж мають над ними серйозну перевагу – можливість «заглянути під маскувальну сітку». Однак малі безпілотники, виконуючи розвідувальні функції на малих висотах і з малими швидкостями польоту, стають зручними мішенями для усіх видів стрілецької зброї:

Специфіка прицілювання та стрільби по безпілотниках. Час на ураження таких літальних апаратів з малокаліберної зброї  дуже обмежений, оскільки безпілотний літальний апарат має велику кутову швидкість відносно стрілка, що унеможливлює пристрілку. Прицілювання реально ведеться по розмитому силуету.

           БПЛА-10 БПЛА-11 БПЛА-12

Гіпотеза. Для ще більшого ускладнення точності стрільби по безпілотнику пропонується одне його крило пофарбувати у колір неба, а інше – у колір хмари. Тоді стрілки, які зазвичай ціляться у найбільш контрастну пляму апарата на монотонного фоні, уражатимуть не центр безпілотника, де знаходяться життєво важливі елементи конструкції, а у середину крила, де навіть кілька пробоїн не завадять йому  повернутися назад, до місця вильоту.

Чому це працюватиме. Досвід Другої світової війни показує, що гвинтові літаки   здатні були продовжувати політ після кількох сотень влучань у крила, стабілізатори, фюзеляж. Літаки могли повернутися з бойового завдання, втративши навіть половину самого крила.

Командування, звісно, вирішило правильно, як усім тоді здавалося, додатково зміцнити крила і фюзеляж (літаки ж поверталися на аеродроми с похожими пошкодженнями), а не  броню кабіни пілота, двигунів і паливної системи.  Натомість видатний математик Абрахам Вальд, який вивчав розташування пробоїн, одержаних бомбардувальниками союзників, що повернулися на базу, першим зрозумів, що це – логічна пастка. Сам факт, що літаки з такими ураженнями змогли прилетіти, свідчить, що ці пошкодження не є критичними для подальшого польоту, натомість гинули машини з пробитими кулями двигуном, паливною системою, кабіною, у якій гинув пілот, тому потрібно зміцнювати броню  корпусу саме у цих місцях. Принцип «помилка того, хто вижив», сформульований  Вальдом, дозволив своєчасно відмовитися від необдуманих і помилкових рішень і тим самим зберегти життя тисячам пілотів. «Помилка того, хто вижив» – це опиратися на найменш значущу інформацію та ігнорувати те, що насправді критично. А втрачені літаки випадали з аналізів.

        БПЛА-1 БПЛА-2 БПЛА-3

БПЛА-4Висновок Вальда повністю підтвердився після закінчення війни, коли з лісів і боліт стали піднімати підбиті літаки. Виявилося, що у них були пошкоджені саме ті місця, про які говорив Вальд – двигуни, паливна система і кабіна пілота. З такими пошкодженнями літак далі летіти не міг – або гинув пілот, або витікало усе паливо, або заклинювало двигун, однак про усе це не знали і не могли знати на базі, оскільки літак до неї попросту не долітав. Іншими словами, усю статистичну інформацію про пошкодження інженери збирали з тих літаків, що повернулися, а інформації про втрачені машини не могло бути.

Зрозуміло, що у випадку з безпілотником не вдасться реально закрити бронею навіть двигун з автопілотом. Зате можна відвести точку прицілювання за рахунок градієнтного розфарбування безпілотника. На фоні хмари стрілки будуть цілитися у голубе крило, а на фоні неба – у біле крило. Звісно, що через розсіювання куль, деякі з них зможуть вцілити також у відсік з приладами, але все ж їх буде менше, ніж при прямому прицілюванні безпосередньо у корпус безпілотника.

Візуалізація способу. Якщо стрілок навіть знає, що він цілиться у крило, не завжди правильно відведе точку прицілювання у ймовірний корпус, бо невідомо, з якої сторони від крила він знаходиться.Потрібно також зауважити, що небо біля горизонту має дещо іншу кольорову тональність  на відміну від ділянки неба безпосередньо над головою стрілка, тому там може бути трохи помітним і друге крило, але на таких відстанях стрілецька зброя вже не ефективна. Те, що та плямисте розфарбування спотворює форму безпілотника, допомагає дуже мало – стрілець цілиться в контрастну пляму на доволі рівномірному фоні. 

Висновки. Гіпотеза підтвердилась. Запропонований спосіб може бути використаний силами АТО для маскування своїх оперативних безпілотників.

  БПЛА-5 БПЛА-6 БПЛА-7 БПЛА-8 БПЛА-9

Проект «Оперативний мінний трал» –  ©  Кочут Юрій  (9 клас), 2016 р.  

Актуальність проблеми. Хоча загарбники та різного штибу бойовики ніколи не обмежували себе у виборі засобів для здійснення терористичних актів, все ж основу їхнього арсеналу знарядь вбивств становлять бомби  і міни, які зазвичай можна знешкодити лише шляхом підриву. Під час глобальних і локальних війнах застосовувалися  різноманітні способи тралення мінних полів, однак найефективнішими з них виявилися системи примусової детонації шляхом закидання на мінне поле додаткового заряду вибухівки з його наступним підривом, зокрема для знешкодження мін, що заховані в складках рельєфу, де вони недоступні для звичних механічних засобів розмінування.

        Трал-1 Трал-2 Трал-3

 Специфіка проекту. Слід зауважити, що системи детонаційного розмінування, що були створені для ведення глобальної війни і призначені в основному для пробивання у мінних полях вузьких і довгих проходів з метою підготовки і здійснення майбутньої атаки, недостатньо ефективні для сучасної практики ведення затяжних,  локальних бойових операцій, свідченням чому є тривала «гібридна» війна на Південному Сході України.

Мінні поля, що створюють терористично-бандитські угрупування (часто у безпосередній близькості від промислових підприємств,  об’єктів критично важливого, життєво необхідного забезпечення території у зоні військового протистояння (енергетика, транспорт, водопостачання тощо), істотно відрізняються від встановлених армійськими саперними підрозділами мінних полів. Тому  було вирішено розробити таку систему детонаційного розмінування, яка б могла ефективно і безпечно розміновувати мінні поля складної (у широкому розумінні цього слова) конфігурації.

Гіпотеза. Якщо дискретизувати лінійний заряд розмінування, то можна буде успішно тралити смуги довільної форми в мінних полях різних ступенів складності. Було розроблено конструкцію детонаційного мінного тралу, що розміщується по боках бронетранспортера  чи танка з підвішеними довгими циліндричними контейнерами, у які вставлено начинені вибухівкою труби меншого діаметру. Невеличкий заряд пороху запалюється електродетонатором, і він виштовхує з контейнера пластикову трубу з вибухівкою, яка, пролетівши декілька метрів, підривається власним детонатором.

Час підриву труби задається з таким розрахунком, щоб труба ще не впала на землю, оскільки підрив її в повітрі дозволить розширити зону гарантованої детонації ворожих мін. На відміну від стандартного лінійного заряду напрямок лінії розмінування за допомогою пропонованого мінного тралу може бути повернутий практично на будь-який кут.

 Трал-4  Трал-5                              Макетування пристрою. Для того, щоб випадкова детонація зарядів розмінування не пошкодила власний носій, контейнери з зарядами кріпляться не безпосередньо до бортів бронемашини, а в робочому стані відводяться на консолях на декілька метрів в сторони.

В транспортному положенні, коли трал переїжджає від одного мінного поля до іншого, консольні підвіси складаються у транспортоване положення, відповідно контейнери підводяться безпосередньо до бортів машини, тим самим зменшуються  габарити на марші чи просто русі по дорогах. 

Консолі також мають механізм миттєвого скидання, за допомогою якого в критичних ситуаціях вони можуть бути негайно від’єднанні від бойової машини.

                                       Трал-6  Трал-7

Висновки. Якщо дискретизувати лінійний заряд детонаційного розмінування, то можна протралювати  проходи у мінних полях довільної траєкторії, коректуючи їх безпосередньо в польових умовах по мірі отримання нової інформації. Запропонована конструкція мінного тралу може встановлюватись на усі види броньованих  транспортних  засобів.

Проект «Адаптивна маскувальна сітка для зони АТО» –  © Хацко Марія (10 клас), 2016 р.  

Актуальність проблеми. Одним з важливих чинників збереження життя і здоров’я наших бійців у зоні АТО є належне їх маскування від ворога. Попри наявність різноманітних засобів  маскування бойових позицій все ж найбільш поширеною та вживаною у військах й надалі залишається маскувальна сітка, яка може використовуватися також й у якості незнімного тенту для військової техніки.

      Сітка-1 Сітка-2 Сітка-3

Промисловість пропонує доволі широку номенклатуру маскувальних сіток в залежності від цілей завдань і конкретних бойових завдань та ситуацій. Реальне ж розмаїття природних відтінків навіть на вузько визначеній ландшафтній ділянці завжди буде значно більшим. Враховуючи постійне змінювання кольорової  гами  барв  природи, цілком реальною стає загроза, коли  ідеально замаскований об’єкт буквально за день-два стане видимим для ворога, наприклад, на фоні зелені лісу навесні та влітку, але яка стає золотавою восени. А перед зимою листя цілковито опадає. Змінюються й барви землі, з усіма притаманними кожній порі року відтінками.

    Сітка-4 Сітка-5 Сітка-6

Конструктивне рішення. Враховуючи широку палітру цих природних чинників, виникла ідея зробити сітку, що буде більш адаптивною для різних барв довкілля у зонах можливого ведення бойових операцій.  З цією метою на стандартну маскувальну сітку було нашито додаткові елементи у вигляді трикутничків з кольорової тканини, різні сторони якої мають різні відтінки того ж самого кольору чи навіть взагалі інший колір. Трикутнички кріпляться за два кути до поздовжніх ниток сітки, а третім кутом прив’язуються до шнурка, який монтується вздовж поперечних ниток сітки. Відтак вони групуються у лінії, при чому усі їхні вільні вершини кріпляться до спільного шнурка,  який відповідно  одним кінцем виходить на одну сторону сітки, а іншим кінцем – на зворотну сторону сітки. Лінії  трикутничків розміщуються одна паралельно іншій, а шнурки керування виходять на бокові сторони маскувальної сітки незалежно один від одного. Щоб шнурки не переплутувались при транспортуванні сітки у спакованому стані, вони частково вплітаються у загальну канву основи маскувальної сітки. 

При такому способі кріплення кольорових трикутничків на сітці можна, потягнувши усі шнурки на одну сторону,  додавати до загального кольору сітки різні кольорові плями, що утворюються трикутничками, і таким чином змінювати загальний кольоровий тон. Якщо ж потягнути шнурки за протилежні кінці, то трикутнички перекидаються на іншу сторону, і це спричиняє суттєву зміну загального  кольорового тону сітки. Натомість, якщо повернути одні смужки трикутничків в одну сторону, а інші смужки – в іншу, то можна плавно регулювати усереднений колір сітки, і навіть у досить широких межах.

                                         Сітка-7 Сітка-8

Висновки. Експерименти з  модернізованою у такий спосіб реальною маскувальною сіткою засвідчили, що найкращого результату можна досягти, якщо застосувати декілька видів трикутничків  з різними кольорами сторін. Випробування також показали, що при нагальній потребі сильно змінити межі регулювання кольорового тону сітки, окремі сторони кольрових трикутничків можна швидко перефарбувати за допомогою аерозольного балончика. Розроблена в рамках проекту маскувальна сітка може успішно використовуватись у зоні АТО.

Проект «Адаптивна танкова броня» –  © Бучацький Василь (9 клас), 2016 рр.  

Актуальність завдання.  Невпинне зростання  можливостей ракетно-артилерійських засобів боротьби з броньованою технікою  адекватно спричиняє відповідну еволюцію танкової броні, зокрема, нарощування кількості і товщини її шарів,  одним з наслідком чого є збільшення загальної ваги  бронетехніки. У багатьох арміях світу повністю зникло поняття «легкий танк», оскільки сучасний основний бойовий танк важить більше, ніж колись важив так званий «важкий танк».

Однак процес нарощування броні, вже давно досяг своєї логістичної межі. Натомість нарощування бойових властивостей бронебійних засобів ще дуже далеке від своєї межі, тому танки може спіткати сумна доля середньовічних лицарів, які практично зійшли з військової арени з появою у піхоти чеканів та панцербрехерів.

     Т-броня-1 Т-броня-2  Т-броня-3

Динаміка сучасного бою зобов’язує конструкторів бронювати танк  з усіх боків. Оскільки   повноцінно зробити це без погіршення його тактико-технічних характеристик неможливо, то відносно надійною у танка  є лише лобова броня, якою він намагається повертатись до противника, який, у свою чергу, планує нанести удар у слабшу бортову броню.

Робоча гіпотеза проекту. Проаналізувавши таку, загалом не дуже оптимістичну ситуацію для танків, виникла ідея використати для їхнього захисту  призабутий рецепт від воїнів Середньовіччя. Адже будучи повністю закованим в броню, тогочасний лицар мав ще додатково щит, яким він закривався від найбільш небезпечних ударів ворога. Коли  багатошарова танкова броня матиме рухомий верхній шар, то цей шар цілком реально можна сконцентрувати в напрямку  ймовірного удару ворога.

Навіть найшвидшому підкаліберному снаряду потрібно одну-дві секунди, щоб долетіти до своєї цілі, а за цей час цілком реально можна зафіксувати факт пострілу і встигнути змістити броньові плити в той сектор, де очікується удар. Більше того,  можна заздалегідь, задовго в очікуваної атаки відсунути на танку верхні шари броні від нижніх.

Якщо при русі  чи транспортуванні  техніки броньові  листи зазвичай є притисненими до основного корпусу танка, щоби надмірно не збільшувати його габарити, то безпосередньо на полі бою вони за допомогою шарнірних  механізмів відводяться на кілька десятків сантиметрів в сторону ймовірного удару противника. При пробитті зовнішнього щита  відбудеться невеликий рикошет снаряда, і на момент його зустрічі з внутрішньою бронею траєкторія снаряду відхилиться відносно початкової осі атаки, тому кінетична енергія снаряду буде затрачена на пробивання у броні не вузької наскрізної пробоїни, а виплавляння ширшої і не наскрізної зони. Експерименти на макетах показали, що такий механізм відводу зовнішніх шарів броні може бути доволі простим конструктивно,  і в той же час він забезпечуватиме достатньо швидку зміну броньової конфігурації.

       Т-броня-4 Т-броня-5 Т-броня-6 Т-броня-7 Т-броня-8

Висновки. Запропонована конструкція виявилася простою і  можливою для практичної реалізації. Сучасний розвиток технологій дозволяє забезпечити цілком автоматичне розгортання   броні  при фіксації факту пострілу ворога в напрямку танка. 

Проект «Система підвісу медичних носилок»   – © Лівочка Анастасія (10 клас), 2015 р.

Актуальність завдання. При транспортуванні важко травмованих  людей, зокрема, поранених бійців у зоні АТО, дуже важливим є забезпечити відсутність різких коливань і поштовхів, що можуть не лише посилити біль, а й поглибити  ступінь травмованості. Водночас й швидкість транспортування повинна бути якомога вищою, щоб мінімізувати час для доставки хворого до лікувального закладу.

Ноші-1 Шляхи розвязку проблеми. Зроблений мною патентний пошук показав, що ще в кінних каретах 19-го століття  пробували розміщувати  тогочасні медичні носилки на пружинних підвісах. Однак такі підвіси фактично є  пружинними маятниками, що спричиняють постійне розгойдування носилок, причому з досить великою амплітудою, і саме тому від пружинного підвісу вже давно відмовилися.

І лише в XXI столітті винахідники почали знову представляти  розробки  з  підвісами фактично з такими ж системами, але тепер вже обладнаними гіроскопічною стабілізацією.  Класична схема з додаванням до пружини рідинного амортизатора в  автомобільних підвісках, для нашої ситуації виявилася неприйнятною через те, що амортизатор передає різкий поштовх при потраплянні колеса транспортного засобу у вибоїну, яму або зіткненні з якоюсь перепоною.

Гіпотеза. Якщо підвіс зробити  залишити виключно пружинним, а сам же гаситель коливань змонтувати  безпосередньо в місці кріплення медичних носилок  до підвісу, то це дозволить  вберегти пацієнта на носилках від різких поштовхів і в той же час не допустити їх критичного розгойдування.

Експериментальна перевірка. Спочатку була змонтована серія пружинних маятників, на яких досліджувався  процес власне коливань та їх затухання. Після серії експериментів, що повністю підтвердили працездатність ідеї, була обрана наступна схема – носилки  ставляться на платформу, яка м’якими пружинами підвішена до корпусу автомобіля. Сама ж платформа обладнується гасителями коливань у вигляді пружинних маятників, що занурені у в’язку рідину.

Висновки. Гіпотеза повністю підтвердилась. Оскільки власні частоти коливань пружинних маятників  суттєво відрізняються  від  власної частоти коливань платформи з носилками, то при будь-якому різкому зміщенні точки підвісу енергія коливального процесу починає перерозподілятися між пружинними маятниками і буквально за кілька коливань платформи повністю переходить у теплову енергію, нагріваючи при цьому  в’язку рідину.

Якщо з заблокованими маятниками система може від одиничного поштовху зробити 40-50 відчутних за амплітудою коливань, то з розблокованими маятниками ця система відреагує лише одним-двома затухаючими коливаннями, а відтак повністю заспокоїться.

Ноші-2 Ноші-3 Ноші-4 Ноші-5

Шляхи подальшого розвитку проекту. В подальшій перспективі платформа для медичних носилок  являтиме собою дві коробки, що можуть бути поставлені в кузові будь-якого автомобіля чи навіть безпосередньо на танкову броню. З коробок виступатимуть спеціальні захвати, куди вкладатимуться ручки медичних носилок. При транспортуванні хворого таким дообладнаним транспортним засобом усі можливі різкі коливання і поштовхи поглинатимуться маятниковими демпферами. Людина на носилках буде знаходитись в максимально комфортних умовах, а медичний працівник, який супроводжує її, зможе контролювати  загальний стан  здоров’я пораненої особи і  навіть робити нескладні маніпуляції. Проводяться конкретні дослідження по розробці віброзахисної платформи для санітарного автомобіля.

 

Проект «Бронежилет змінної конфігурації» –  ©  Зарадюк Павло  (9 клас)2015 р

Ретроспектива. Розвиток засобів нападу завжди викликав вдосконалення  засобів захисту. Взявши в одну руку меч, древній воїн негайно в другу руку брав щит. А на тіло одягав міцні лати. Та з появою вогнепальної зброї засоби захисту стали сильно відставати від засобів нападу. Постійні спроби додати до спорядження солдата додаткову броню, закінчувалися лише експериментальними моделями. Додатковий захист від броньованих щитів не міг компенсувати серйозну втрату маневреності та робив з солдата хоч і важкодоступну, але таки нерухому мішень. І лише з появою сучасних бронежилетів стало можливо додатково захистити бійця без суттєвої втрати його маневреності.

Постановка завдання. Навіть найсучасніші бронежилети не позбавлені серйозного недоліку, який полягає у тому, що при ляганні бійця на землю, найбільш кулестійка частина бронежилета, тобто його передня бронепластина, стає попросту непотрібним баластом. Тому постало питання про те, як зробити так, щоби під час лягання на землю, боєць міг якимось чином забрати передню бронеплиту з проміжку між своїм тілом і безпечною землею  та прикрити нею свою голову в секторі інтенсивного обстрілу.

         Б-жилет-1 Б-жилет-2 Б-жилет-3

Робоча гіпотеза проекту. Якщо передню бронеплиту закріпити не безпосередньо до бронежилета, а підвісити через систему лямок, то при потребі, цю бронеплиту можна буде відвести  в сторону і не міняючи положення тіла, перекрити нею найбільш небезпечний сектор можливого обстрілу противником.

Конструкція бронежилета. По суті, це може бути бронежилет будь-якої наявної конструкції з тією лише різницею, що кишеня, в яку вкладається передня бронеплита, не пришивається до бронежилета, а підвішується на двох лямках, що одним своїм кінцем пришиваються до верхнього зрізу задньої бронеплити, а другим кінцем – до внутрішньої сторони кишені, на декілька сантиметрів вище центра ваги бронепластини. 

Експериментальна перевірка. Вибір геометрії  підвісу рухомої бронеплити здійснювався шляхом маніпуляцій з реальним бронежилетом на манекені. За результатами проведених експериментів  було також й вдосконалено попередньо створену розрахункову модель бронежилета.

              Б-жилет-4  Б-жилет-5  Б-жилет-6 

Фіксація бронеплити. Важливим завданням проекту була розробка конструкції фіксатора, який повинен забезпечувати виконання бронеплитою  взаємно протилежних функцій, а саме: 1) ця плита має надійно кріпитися, витримуючи при цьому значні бокові поштовхи і статичні навантаження; 2) водночас вона повинна легко і швидко від’єднуватися у критичних ситуаціях; 3) після повернення плити у попереднє вихідне положення необхідна швидка, надійна і бажано автоматична її фіксація. 

Б-жилет-7В процесі експериментального пошуку було розроблено систему клапанів з модифікованих смужок «липучки» як раціональне вирішення проблеми. З рисунка видно, що якщо зусилля прикладається до самої бронеплити, то клапани витягуватимуться у  пряму лінію. Тоді відривна сила розподіляється по усій площі «липучок». А коли людина сама відтягує клапан плити рукою, то він вигинається дугою і поступово від’єднується від клапана корпусу бронежилета. Потрібно також зауважити, що завдяки тому, що передустановочні гумки відводять вільні клапани у завідомо правильну позицію, то при першому ж контакті бронеплити з корпусом вона надійно фіксується липучками.

 Висновки. Запропонована конструкція виявилася простою і ефективною.  При початку обстрілу, боєць одним рухом руки, може роз’єднати замки, якими кишеня з бронеплитою фіксується до бронежилета і, падаючи на землю, закрити нею голову.  Коли ж після обстрілу боєць встає, бронеплита під дією сили гравітації падає вниз, але будучи підвішеною на лямках, повертається на своє місце, де миттєво фіксується липучками.

Проект «Пристрій для маскування диму від пічок в зоні АТО»  © Лівочка Анастасія (9 клас) , 2015 р.

Актуальність завдання. Практично усі бліндажі та намети у місцях дислокації військових підрозділів обігріваються за допомогою дров’яних пічок типу «Буржуйка». Однак струмінь диму, що виходить з пічки, а точніше мікрочастинки сажі, що містяться у ньому, демаскують місцезнаходження бійців, особливо при наявності у противника приладів нічного бачення. Димохід пічки також може стати орієнтиром для боєголовок інфрачервоного самонаведення.

Звісно, що повністю позбутися від диму не вдасться, але можна понизити його вихідну температуру, а це відповідно  зробить  струмінь диму менш помітним для ворожих спостерігачів.

Ідеальним рішенням було б встановлення додаткового теплообмінника всередині опалюваного приміщення, але це у польових умовах зробити надто складно, а при розпалюванні пічки ще й небезпечно.

                            Маск-дим-3 Маск-дим-1

Мета і робоча гіпотеза дослідження. Було поставлено завдання винайти спосіб охолоджування димових газів атмосферним повітрям після їх вільного виходу з димаря назовні і не погіршити при цьому тягу в пічці.  Для цього потрібно розробити конструкцію для багатократного розсікання диму ще до виходу його з димаря, що збільшить площу подальшого контакту димових газів з атмосферним повітрям, їх ефективне і безпечне змішування, що поліпшить маскування диму від пічок у зоні АТО.

Теоретичне обгрунтування ідеї. Якщо у такий спосіб змішати гарячі димові гази з  холодним атмосферним повітрям, то у відповідності із законом Стефана-Больцмана можна одержати суттєве зниження інтенсивності інфрачервоного випромінювання,   навіть з урахуванням сумарного зростання  об’єму димових газів.

Свого часу вчені, досліджуючи спектральну густину енергетичної світності чорного тіла як універсальну функцію, намагалися визначити її пряму залежність від частоти і температури.  Австрійський фізик Стефан, аналізуючи експериментальні дані, і Больцман, застосовуючи термодинамічний метод встановили, що енергетична світність чорного тіла Re пропорційна четвертий ступені його термодинамічної температури. Re =σT4,  де σ – стала Стефана – Больцмана). Однак вони розв’язали цю важливу задачу теорії теплового випромінювання лише частково, оскільки закон Стефана – Больцмана не дає відповіді щодо спектрального складу випромінювання чорного тіла. Експерименти свідчили, що розподіл енергії в спектрі чорного тіла є нерівномірним,  а усі криві мають явно виражений максимум, який з підвищенням температури зміщується у сторону більш коротких хвиль. 

Німецький фізик Він, спираючись на закони термо- і електродинаміки, установив залежність довжини хвилі λmax, що відповідає максимальному значенню спектральної густини енергетичної світності чорного тіла, є обернено пропорційна його термодинамічній температурі, тобто λmax = b/T, де b – це стала Віна.  Закон Віна показує зміщення положення максимуму хвиль випромінювання при зростанні температури в області коротких довжин хвиль і пояснює, чому при зниженні температури нагрітих тіл у їхньому спектрі усе сильніше переважає довгохвильове випромінювання (на наведеному нижче графіку проілюстровано принцип дії закону зміщення Віна).

Для нашого дослідження практично важливим стало те, що відповідно до закону зміщення Віна спектральний максимум інтенсивності інфрачервоного випромінювання зміщується з діапазону в 4~5 мікрометрів до ділянки спектра у 7~8 мікрометрів, яка є значно ближчою до природного фону в 9~10 мікрометрів, що суттєво ускладнить  ідентифікацію випромінювання засобами розвідки.

                                                Маск-дим-2     Маск-дим-7           

Матеріали і методи дослідження. Під час роботи над проектом було встановлено, що одразу після виходу з димоходу, дим починає інтенсивно підніматись вгору, поступово віддаючи тепло у довкілля. По мірі наближення температури диму до температури зовнішнього повітря підйом диму сповільнюється, а після  вирівнювання цих температур його рух догори взагалі припиниться. І що важливо, чим інтенсивніше змішуватимуться димові гази з атмосферою, тим на меншу висоту вони підніматимуться, а тому стануть помітнішими для стороннього спостерігача з меншої віддалі, що є вкрай небезпечно.

Тому необхідно було розробити таку конструкцію змішувача, яка б дозволила додати до диму максимальну кількість повітря, без помітного впливу на зменшення тяги у пічному димоході. На макетах було проведено серію випробувань різних конструкцій, для візуального спостереження процесу розсікання диму, у  тому числі, з використанням різних перехресних пластин. Все ж найкращою конструкцією для розсікання диму виявився гофрований конус, що може бути  виготовлений з будь-якого листа бляхи і встановлений у металевий порожнистий циліндр.

Також виникла ще одна цікава ідея: гофрований конічний розсікач диму можна одночасно використовувати ще й як ємкість з водою. Оскільки вода у звичайних умовах нагрівається не вище 100оС, то це значить, що дим особливо інтенсивно віддавав би тепло у місцях контакту з стінками ємкості.

    Маск-дим-4 Маск-дим-5 Макс-дим-7 Маск-дим-6

У якості корпусу змішувача було вирішено  використати вживані 200-літрові бочки з-під паливно-мастильних матеріалів, які поза сумнівом не є дефіцитом у зоні АТО. Такі бочки є достатньо міцними, щоб утримувати в собі вмонтовані розсікачі диму, причому будь-яких конструкцій.

Висновки. Запропонована конструкція є досить вдалою розробкою і може бути виготовлена безпосередньо у польових умовах за наявних там завжди відповідних підручних матеріалів.

Проект «Постановник інфрачервоних завад для ворожих спостерігачів у зоні АТО»   © Котюк Володимир (9 клас), 2015 р.  

Актуальність завдання. В умовах нашого клімату довкілля майже всюди має нижчу температуру, ніж температура людського тіла,  тому інфрачервоне випромінювання від людини буде завжди виділятися на загальному фоні. В той же час, на відеороликах з Іраку,  Афганістану чи з інших «гарячих»  точок планети можна спостерігати як полум’я навіть від власної ракети на якийсь час засліплює  висококонтрастну інфрачервону камеру бойового гвинтокрила.

                                 Інфра-1 Інфра-2

Метою дослідження стала розробка термічного джерела інфрачервоного засвічування ворожих заcобів спостереження. У роботі над проектом було зроблено спробу використати той факт, що інтенсивність випромінювання вільного полум’я є на порядки вищою, ніж інтенсивність теплового випромінювання людського тіла, для захисту позицій наших бійців у зоні АТО від ворожих спостерігачів. Висока вартість, недостатня механічна міцність і  потреба у потужному джерелі електроенергії роблять в принципі непридатними для цих цілей електричних інфрачервоних випромінювачів Тому наш вибір випав на термічне джерело випромінювання, або просто вогнище.

Робоча гіпотеза  проекту полягала у тому, що якщо розміщення самих позицій сил АТО не вдасться належно приховати хоча б тому, що ворог може визначити їх ще розвідкою боєм, то конкретне місце перебування самих бійців на даних позиціях  цілком можна замаскувати за допомогою термічних постановників інфрачервоного засвічування. Але ж саме по собі вогнище є поганим  постановником інфрачервоних завад через підсвічування й власних позицій. Відповідно виникає потреба у рефлекторі для спрямування випромінювання у певному напрямку, як це має місце у прожекторах та автомобільних фарах.

                      Інфра-3 Інфра-4 Інфра-5

Інфра-6

У зонах бойових дій завжди можна знайти бочку з-під паливно-мастильних матеріалів, яку можна використати саме в якості рефлектора. Вікно у стінці бочки направляється в сторону від об’єкта оборони чи його імітації, а всередині бочки розпалюється вогнище. Тоді стінки бочки слугуватимуть екраном, що закриє  позиції бійців від власного підсвічування. Враховуючи те, що  вогнище навіть з товстих колод все одно згорить за пару годин, пропонується конструкція постановника інфрачервоних завад, який працюватиме на рідкому паливі. Для підвищення вибухобезпечності пристрою пропонується засипати нижню половину бочки просякнутим рідким паливом піском. Зверху пісок закривається діафрагмою, крізь яку проходить гніт, що дозволить досягти  рівномірного і довготривалого  полум’я. Задня стінка бочки може бути додатково закрита шаром мінеральної вати, що гарантуватиме  відсутність мінімальної підсвітки власних позицій.       

Експериментальна перевірка. Оскільки тепловізор фактично є своєрідним електронним фотоапаратом, що працює в іншому діапазоні випромінювання, для проведення натурних експериментів було використано звичайну свічку з рефлектором в якості випромінювача і цифровий фотоапарат як засіб контролю і розвідки.  На наведених нижче фотографіях видно, як виглядає умовна позиція сил АТО: при використанні потужного  зовнішнього джерела підсвічування виразно помітно людину в глибині позиції.

Натомість за відсутності потужної підсвітки ззовні постановник завад повністю засліплює  спостерігача. Людини не видно зовсім, а контрольну біла смугу  можна помітити лише за допомогою  спеціальних методах обробки зображень, коли об’єкти виглядають як суцільна однорідна пляма.

Інфра-7 Інфра-8 Інфра-9

Висновки. Крім інфрачервоного випромінювання постановник завад також  буде джерелом  світла оптичного діапазону, що дозволить підсвітити підходи до позицій АТО і додатково зменшити ймовірність неочікуваної атаки ворога. Особливо корисним даний пристрій буде для прикриття позицій бойової техніки. Запуск двигуна і прогрівання обладнання може тривати до кількох хвилин, і це буде досить, щоби наприклад, танк став мішенню для ворожих засобів  з боєголовками інфрачервоного самонаведення, без можливостей боротися з ними шляхом маневру чи превентивного вогню. Розташований же у кількох десятках метрів від танка постановник інфрачервоних завад  за рахунок суттєво вищої інтенсивності випромінювання,  «притягне» до себе будь яку ракету з тепловим самонаведенням. Пропонована конструкція може бути виготовлена безпосередньо в польових умовах з наявних там підручних матеріалів. 

Проект «Оперативна димова завіса»  © Бучацький Василь (9 клас), 2015 р. 

Актуальність завдання. При проведенні антитерористичних операцій дуже важливу роль відіграє можливість непомітного підходу  сил спеціального призначення до об’єктів, що захоплені терористами. З початком  атаки антитерористичних сил виникає необхідність їх оперативного прикриття, особливо, коли бійці долатимуть відкриту і прицільно прострілювану місцевість. У таких ситуаціях, як правило, застосовують димову завісу, яка не дає змоги противнику  вести прицільний вогонь. Також димова завіса може бути дуже корисною, коли евакуюють визволених заручників чи випадкових людей, що потрапили на лінію вогню. Однак, попри усі свої переваги димовій завісі притаманна й низка недоліків,  головним з яких є той, що дим поширюється за напрямом вітру, а не так, як це потрібно нашим бійцям.

           Завіса-1 Завіса-2 Завіса-3

Локалізація димової завіси. Для покращення властивостей димової завіси  було вирішено локалізувати її  у великому надувному мішку з тонкого, але не прозорого пластику. Такий лежачий на землі «дирижабль» надійно перекриватиме сектор огляду для терористів, приховуючи від них інформацію про те, що відбувається за завісою. Результатом роботи над вдосконаленням конструкції димової завіси стала розробка надувного каркасу з натягнутими між його елементами непрозорими перетинками. Найпростішим варіантом такого способу локалізації димової завіси є  надувна конструкція у вигляді протитанкового їжака з трикутними перетинками між його балками.

  Завіса-4 Завіса-5 Завіса-6 Завіса-7

Система з надувним каркасом відзначається дуже високою економічністю у споживанні газу.   Це, в свою чергу, дає змогу  надувати завісу невеличким балоном стисненого повітря, що у комплекті з редуктором тиску дозволить значно довший час підтримувати належну форму системи.

Робоча гіпотеза проекту. За допомогою надувних каркасних конструкцій з непрозорими перетинками можна буде на достатньо тривалий час належно замаскувати переміщення антитерористичних сил від ворожих спостерігачів.

Експериментальна перевірка. У роботі над проектом було виготовлено декілька варіантів діючих зразків оперативної завіси, випробування яких підтвердили працездатність пристрою і можливість його впровадження в практику при проведенні антитерористичних операцій. Для самих же бійців антитерористичних спецпідрозділів така надувна завіса не стане перешкодою ні для спостереження,  ні для здійснення маневрів. Якщо ж терористи почнуть інтенсивно прострілювати локалізовану димову завісу, то через малі кульові отвори дим виходитиме досить довго, і за цей час бійці зможуть розгорнути нову завісу або здійснити інші маневри.

Висновки. Локалізація димової завіси у тонких довгих каналах і з’єднання цих канали непрозорими перетинками забезпечує надійне і довготривале перекриття зони огляду для ворожих спостерігачів. При цьому затрати диму будуть значно меншими, ніж при постановці звичайної димової завіси. У подальшому планується розробити високотехнологічну конструкцію надувної завіси, яку можна було б легко виготовити  і ремонтувати у польових умовах.

 

Проект «Автономний сигналізатор для зони АТО» –  © Полюга Роман (9 клас), 2014-2015 рр. 

Сигн-1 Актуальність завдання. Щоб краще замаскувати себе перед можливим наближенням ворога, бійці  часто стають на привал у місцях, до яких близько підходять зарості кущів і дерев, будинки, технічні споруди, яри, і, звісно, виставляють варту. Якщо ж навіть виставити вартових по усьому периметру тимчасової або постійної бази дислокації, то все одно не можна гарантувати, що групи терористів чи найманців відмовляться від спроб  підкрастися до місця розташування підрозділів війська для наступної несподіваної атаки або для хаотичного і провокативного обстрілу, щоби  виявити вогневі точки бійців. І свідченням про це є численні щоденні повідомлення у ЗМІ.

Дублювання постів і створення декількох периметрів охорони значно посилює захист від подібних диверсій, але при такій системі охорони позицій  вартові на віддалених постах залишаться наодинці з можливою смертельною небезпекою, навіть попри те, що у випадку  нападу на пост його страхуватимуть вартові з внутрішніх периметрів. Адже для самого вартового така допомога може виявитися запізнілою.

Мета проекту. Розробка сигналізатора, що попереджав би вартового про появу і наближення ймовірної небезпеки з місцини, яка перебуває поза його візуальним контролем. Гіпотеза. Можна виготовляти прості та ефективні сигналізатори для додаткової охорони зони АТО з компонентів, що застосовуються для побутових сигналізацій.

Після теоретичного опрацювання завдання було вирішено із засобів звичайної побутової сигналізації скласти комплект «акумулятор +  датчик руху  + сирена». Комплект з цих трьох загальнодоступних і недорогих пристроїв з’єднується відрізками звичайного ізольованого дроту довжиною 2-3м від акумулятора до датчика руху для того, щоби можна було його розмістити, наприклад, на дереві. Сирена розміщується в стороні від датчика руху і під’єднується  до нього п’яти-шестиметровим дротом, щоби своїм сигналом не видавати його місцезнаходження.

                                Сигн-2        Сигн-3

Хід дослідження. Спочатку було виготовлено робочий стенд, на якому опрацьовувались робочі параметри майбутньої системи. Після ретельної перевірки  правильності обраної схеми та визначення її реальних робочих параметрів особливу увагу було приділено  питанням маскування. Для цього на стандартний корпус датчика руху приклеювалась група тримачів,  у які можна було б вставляти  природні маскувальні засоби. Аналогічно робився камуфляж сирени. Корпуси  сирени і датчика руху додатково розмальовувались у маскувальні кольори та візуально оснащувалися деформувальними знаками.

    Сигн-4 Сигн-5 Сигн-6 Сигн-7 Сигн-8

Висновки. Сигналізатор виявився вдалою розробкою, простою у виготовленні та експлуатації.  Фактично – це акустичний аналог відомої «розтяжки», але на відміну від класичної «розтяжки» він більш надійний  і, що найголовніше, може використовуватися у місцях, де можуть з’явитися цивільні особи. Запропоновану конструкцію можна легко виготовити в умовах майстерні  і з успіхом використовувати у зоні АТО.