Гибкость в трубках каркаса.

Понимание геометрии каркаса и как трубки ведут себя под напряжением намного лучше простого клонирования телескопа по шаблону. Допустим на мгновение, что вы строите большого Добсонианца у которого второе зеркало и окуляр смонтированы на одной трубке. Когда вы стараетесь двигать телескоп, трубка сгибается. Инженеры понимают, как это происходит:

Деформация пропорциональна

В этом уравнении деформация это сумма сгибания на обоих концах трубки, под силой веса второй клетки, внешнего диаметра трубки и внутреннего диаметра. Если вы знаете толщину стенки внутренний диаметр, то внешний диаметр будет равен внешнему диаметру минус двойную толщину стенки.

Вы можете видеть, что даже не смотря на то, что ваш телескоп вполне гибкий, увеличение внешнего диаметра трубок принесет не плохую выгоду. Если оставить толщину стенок постоянной и вдвое увеличить диаметр, то фактор деформации будет около 8. (Конечно, следование этому принципу, можно сделать трубки достаточно большими, чтобы поместить оптику прямо внутри них — тогда вы получите обычный телескоп).

Допустим, вы решили усовершенствовать дизайн, используя восемь трубок вместо одной. Вы располагаете их параллельно друг другу. (Важно: параллельные трубки это не каркас). Поскольку в данный момент трубки разделяют между собой силу нагрузки, то деформация действует с одной восьмой частью от той, которая действовала на одну трубку. Используя восемь трубок вы получите весьма прочный телескоп. Посмотрите на вид 100-дюймового телескопа Хукера на горе Вилсон и вы увидите дизайн из параллельных трубок. Но давайте рассмотрим, как много защиты они дают.

Каждый из этих дизайнов предъявляет к трубкам требования, которые трубки выполняют не особенно хорошо, прямо располагаясь под сгибающей нагрузкой. Конечно, сила сгибающей нагрузки всегда будет присутствовать, но вся красота каркасной концепции заключается в том, что вершины каждой пары треугольников держат вместе зеркальную коробку и вторую клетку. Верхние трубки в каждом треугольнике находятся под силой растяжения, а нижние трубки под силой сжимания. Треугольники распределяют вес второй клетки и любые действующие силы при управлении телескопом по осям индивидуальных трубок, нагружая их таким образом под давлением и растяжением. И сгибание таким образом становится делом второстепенным.

Если вы не верите во все это, то можете провести простой эксперимент. Купите коробку спагетти и маленькую бутылочку белого клея. Аккуратно отберите две группы спагетин и обрежьте их по одинаковой длине. Вырежьте из плотного картона четыре круга около четырех дюймов диаметром.

На одной паре картонных кругов сделайте восемь отметин на трех дюймовом диаметре круга. При помощи шила проделайте восемь одинаковых отверстий с диаметром, равным диаметру спагетин в каждом круге. Приклейте восемь спагетин параллельно одна другой между двумя кругами и зафиксируйте при помощи дополнительных капель клея. Отложите это хитроумное приспособление в сторону пока клей полностью не высохнет.

Повторим этот эксперимент, но на этот раз отметим по четыре пары отверстий на каждом круге. Отверстия должны быть настолько близки друг к другу, чтобы только разместить там пару спагетин. Установите спагетины в отверстие по конфигурации каркаса и закрепим их клеем. Нужен примерно день, чтобы клей полностью высох.

Сравним эти модели труб. Труба с параллельными спагетинами получилась слабой и шатающейся. Если вы положите на верхний круг стопку монет, то увидите, как спагетти сгибаются. Они могут даже сломаться. Каркас это совершенно другая история. Несмотря на то, что сами по себе спагетины слабы, каркас в сборке получился прочным. Когда вы легко надавите пальцем сверху, спагетины не согнутся до тех пор, пока нагрузка не возрастет до такой степени, что они просто сломаются. Силы действующие в каркасе это силы растяжения и сжимания. Вот по этой причине вам нужные прочные трубки, т.к. они не будут сгибаться настолько, чтобы мешать всей системе быть правильно настроенной.

И снова вы можете убедиться в том насколько важен диаметр трубок. Каркас из спагетти рухнул когда возросла нагрузка на трубки, поэтому, когда давление внезапно возрастает происходит сгибание и постоянная деформация. Если вы повторите этот эксперимент и замените спагетти на соломинки для коктейлей, вы увидите, что относительно большой диаметр соломинок сопротивляется сгибанию и поломке. Модель трубы, сделанная из восьми таких соломинок может запросто выдержать несколько фунтов.

Без углубления в детали, каркас сам по себе представляет нечто вроде полого цилиндра. Увеличение длины трубок ведет к большей гибкости, а больший диаметр к большей прочности. Вы видели, что происходит при увеличении гибкости, сгибание и излом отдельных трубок. Для того, чтобы сделать действительно прочную каркасную трубу вам нужно использовать трубки большого диаметра с тонкими стенками в конфигурации каркаса, при максимально возможном «диаметре». Это значит, что вы должны прикрепить трубы каркаса к внешним сторонам зеркальной коробки для увеличения диаметра трубок.

Дата добавления: 2015-11-14