Махомобиль фантазия? реальность!

Маленький коллектив энтузиастов — инженеры и учёные кафедры теоретической механики Курского политехнического университета — трудится над созданием необыкновенного двигателя, действующего без электричества и горючего: их заменит… маховик. Об этих увлекательных отыскивании мы попросили поведать начальника группы врача технических наук, доктора наук Нурбея Владимировича Гулиа, заведующего кафедрой теоретической механики университета.

О нем сейчас говорят все чаще и чаще, именуя одним из самых перспективных двигателей для машин. Речь заходит о маховике либо супермаховике, что, будучи раскрученным, может позже долгое время являться приводом для разных автомобилей. Надежды, возлагаемые на него, станут понятны, в случае если отыскать в памяти требования, предъявляемые к транспорту будущего: он должен быть экономичным, безвредным, бесшумным.

Он не должен сжигать горючее, выделять ядовитые выхлопные газы, переводить в тепло и выбрасывать в атмосферу солидную часть вырабатываемой энергии«

Совершенным в этом смысле мотором имел возможность бы принимать во внимание таковой, что способен запасать энергию от недорогого стационарного источника — к примеру,- от электросети, — а после этого с высоким КПД отдавать ее для перемещения автомобиля. Другими словами двигатель, служащий одновременно и аккумулятором энергии.

Но единственным настоящим типом аккумулятора для привода автомобиля до сих пор считался электрохимический — та самая батарея, что уже стоит на автомобиле. Обоймы их в сочетании с электродвигателем активно применяются для автомобилей,

А что же маховик?

Возможно, про него не знали? История говорит о том, что попытки его применения велись еще в далеком прошлом.

Самый первый маховик создал старый шумерский мастер из города Ур более пяти тысяч лет тому назад. Это был массивный гончарный круг около метра в диаметре. Раскручивался он за рукоять, после этого вращался по инерции, а гончар тем временем обрабатывал собственный изделие.

Две тысячи лет спустя китайцы использовали огромные, практически 10 м в диаметре, составные маховики в собственных водоподъемных сооружениях. Попытки применять маховики на транспорте начались в прошлом веке. Тут я обязан покаяться читателю, что в собственных прошлых работах (в том числе и в последней книге «Маховичные двигатели». М., «Машиностроение», 1976) первое использование маховиков в транспорте относил к 1860 году. Но оказалось, что я ошибался практически на 70 лет!

Мой сотрудник В. С. Соколов, которому я высказываю глубокую признательность, нашёл материалы, показывающие, что первенство в собственности очень способному русскому изобретателю-самоучке И. П. Кулибину. В его известной «самокатке» наряду с другими техническими новшествами был применен И маховик, расположенный горизонтально под тележкой. При перемещении «самокатки» по ровной дороге и тем более на спуске маховик раскручивался, накапливая энергию, а после этого помогал человеку преодолевать подъемы.

Дата создания «самокатки» с маховиком — 1791 год! Имеется предположение, что еще раньше применял маховик в собственной «само-беглой коляске» русский механик Леонтий Шамшуренков (1752 г.). Она кроме этого приводилась в перемещение мускульной силой человека а также легко преодолевала подъемы. Но документальных подтверждений этому пока не нашли…

1860 год. Гениальный изобретатель, русский инженер В. И. Шуберский использует маховик на железной дороге.

Бот что писала об этом в июле 1862 года газета «Современная летопись»:

«Два года назад в «Издании путей сообщения» было заявлено об остроумном изобретении г-на Шуберского. Маховоз господина Шуберского, складывающийся из совокупности маховых колес, предполагается к потреблению при спуске и всходе поездов по крутым скатам железных дорог.

Умеряя быстроту перемещения при спуске с горы и употребляя сбереженную скорость при подъеме в гору, боеприпас г-на Шуберского позволяет проводить железные дороги со большим склоном, уменьшая количество земляных искусственных сооружений и работ. Испытания над моделью маховоза были удовлетворительными, и изобретатель собирается приступить к опытам в громадном виде».

1883 год.

Американский адмирал Хауэлл формирует маховичную самодвижущуюся торпеду, талантливую преодолевать расстояние более километра. Эта торпеда еще раз продемонстрировала высокие энергетические возможности маховика для перемещения транспортных средств, среди них и водных.

Махомобиль фантазия? реальность!

Проволочные супермаховики, полученные способом намотки на диски из органического стекла.

1905 год.

Британец Ланчестер приобретает патент № 7949 «…мотора в форме тяжелого быстровращающегося маховика с целью приведения в перемещение моторного экипажа».

1909 год. Появляются маховичные однорельсовые двухколесные экипажи П. Шиловского, Л. Бреннана, А. Шерля. Тут маховик употреблялся для сохранения равновесия автомобили (гироскопический эффект).

1918 год. Русский изобретатель-самоучка А. Г. Уфимцев формирует инерционный аккумулятор с маховиком и электроприводом в виде диска. Он грезит о широком его применении и, например, предлагает применять инерционный аккумулятор для приведения в перемещение трамвая.

1945 год. Швейцарская компания «Эрликон» выпустила маховичный автобус — гиробус. Маховик раскручивали на остановках. Проходил гиробус с одной раскрутки 2—3 км, после этого очень сильно снижал скорость, но имел возможность ползти до полной остановки еще 2—3 км, за этим показался множество транспортных автомобилей, применяющих для перемещения энергию маховика, — отечественные шахтные гировозы, маховичные тележки для межцеховых перевозок, поезда метро, кроме того вертолеты.

И наконец, отечественные дни возможно назвать периодом второго рождения маховика. Фактически в один момент у нас в стране, в Курском политехническом университете, и в Соединенных Штатах начала разрабатываться мысль супормаховика из сверхпрочных нитевидных материалов. Создается научная теория таких маховиков, без которой немыслимы сколь-нибудь важные ‘работы, строятся первые опытные образцы.

Чем же растолковать, не считая явной безвредности для внешней среды, возросшее внимание к маховику и стремительное нарастание поисков и опытов в этом направлении? Ответ на столь сложный вопрос может дать сравнение маховичного двигателя с другими, и прежде всего с электроаккумуляторными, по их главным параметрам, Основной из них — удельная энергия, другими словами какое количество ее возможно накоплено в каждом килограмме массы аккумулятора.

Простой кислотный аккумулятор, что на данный момент употребляется на электроавтомобилях, способен накопить около 0,1—0,15 мегаджоуля (МДж) энергии на любой килограмм собственной массы. Для самых сложных, но перспективных батарей, где электролит уже не кислота, а расплавленные щелочные металлы (литий либо натрий), реагирующие при температуре 600—800° с серой либо хлором (воистину картина, хорошая дантова ада!), данный показатель может достигнуть 1 МДж на килограмм.

Приблизительно таков же он у простого карбюраторного автомобильного двигателя с бензобаком, вычисленным на пробег 400 км. Иными словами, в случае если заменить бензиновый мотор электрическим с самыми перспективными электроаккумуляторами, то в лучшем случае ни масса автомобиля, ни его пробег не изменятся.

А как же обстоит дело с маховиками?

Доказано, что ори заданной форме маховика (к примеру, в виде массивного обода) его удельная энергия зависит лишь от удельной прочности материала (отношение прочности к удельному весу либо плотности). Вправду, чем прочнее материал и чем он легче, тем стремительнее возможно раскрутить маховик из для того чтобы материала, не опасаясь, что он будет порван центробежными сипами. А чем выше скорость вращения маховика, тем больше (причем в квадратной зависимости!) запасенная им кинетическая энергия.

Как это ни парадоксально, легкий маховик удачнее тяжелого, алюминиевый удачнее свинцового!

Маховик из простой стали приближается по удельной энергии к кислотным аккумуляторная батареям. Но как мы знаем, что металлическая проволока на порядок прочнее того слитка, из которого ее сделали. Значит, в случае если возможно было бы изготовить маховик из проволоки, то его удельная энергия сходу приблизилась бы к этому показателе для самых перспективных электроаккумуляторов.

Имеется еще нити из кварца, бора, графита, особого материала «кевлар», каковые соответственно в 3—7 раз легче металлической проволоки при той же прочности. Выходит, имеется возможность в 3—7 раз превышать по удельной энергии лучшие электроаккумуляторы! Приметим кроме этого, что взяты,-хотя и в малых количествах, материалы на базе кварца, практически в 5 раз более прочные, чем все названные. Это намного больше, чем смогут дать аккумуляторная батареи.

А ведь сверхпрочные материалы «прочнеют» сутки ото дня!

Остается заявить, что изготовить маховик из волокон кроме того легче, чем, к примеру, отковать его. Достаточно забрать катушку из легкого материала (пластмассы, дюралюминия) и намотать на нее волокно либо проволоку со склейкой.

Автором создано большое количество способов намотки аналогичных маховиков (взявших у нас и за границей наименование «супермаховик»), имеется кроме того такие, у которых и конец и начало проволоки оказываются на внутренней стороне мотка, а самый нагруженная внешняя сторона получается цельной.

Заберём еще один ответственный показатель для сравнения — удельную мощность, другими словами мощность, приходящуюся на любой килограмм массы двигателя.

От его величины, к примеру, зависит, сможет ли автомобиль скоро разогнаться, преодолеть подъем либо совершить обгон, Для перемещения хорошей скоростью кроме этого нужен двигатель с громадной удельной мощностью.

По этому показателю не только супер-, но и самым несложным маховикам нет равных. Всем как мы знаем, что разогнанный маховик, в случае если постараться его скоро затормозить, скорее сломает вал, чем остановится.

Развиваемая мощность, а значит, высокая скорость, хорошая приемистость автомобили теоретически бесконечны, а фактически смогут в тысячи и сотни раза больше, чем у электроаккумуляторов.

С этим сочетаются такие плюсы, как стремительная, в считанные 60 секунд, зарядка маховика.

А как сроки сохранения энергии?

Почему-то считаюм, что, как бы ни был раскручен маховик, он все же скоро останавливается. Само собой разумеется, на воздухе из-за аэродинамических утрат кроме того супермаховик остановится в считанные часы. Ну а вдруг в корпусе маховика создать вакуум?

Да к тому же применить магнитные подшипники? Таковой маховик будет вращаться семь дней и месяцы, а в совершенных условиях — годы. Так как Почва — громадный космический волчок — также собственного рода маховик в вакуумном окружении, И вращается-то она, как мы в большинстве случаев говорим, всегда.

Следующий сравнительный фактор — экономичность. И тут маховик самый удачный: и как аккумулятор Энергии, и как двигатель. Потребляет он недорогую электричество; КПД самого маховика в вакууме близок к 100%. помимо этого, он может восстанавливать энергию (скажем, на спусках).

Это полезное свойство — рекуперация энергии — сохраняет около половины всей энергии и ставит маховик По экономичности существенно выше любого другого аккумулятора.

Собственные преимущества у маховика и в долговечности, надежности. Подсчитано, что долговечность у него в шесть раз выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, и существенно выше ресурса аккумулятора.

Вправду, что маховику Сделается, в особенности если он в вакуумной камере? Разве лишь время от времени нужно будет менять подшипники. А если они магнитные, то и этих забот не будет.

Все говорит о надежности маховика: он не заглохнет, как двигатель внутреннего сгорания, не «замкнет», как может произойти у электромобиля. Температурные перепады на него также заметно не действуют, Да и в следствии аварии скорее выйдет из строя каждый двигатель, чем маховик.

В случае если же сказать об экологической безвредности, то маховик — самый гигиеничный двигатель. Он ничего не выделяет в вохдух. Одновременно с этим публикации в печати о вреде выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания для окружающей среды и человека носят уже массовый темперамент,

Кроме того электромобили не в полной мере «невинны» в этом отношении. Это прекрасно знают те, кому приходилось заряжать аккумуляторная батареи. И без того именуемые «герметичные» аккумуляторная батареи при аварии смогут выделить в воздух продукты сгорания натрия в сере либо лития в хлоре..,

Тут читатель может засомневаться: не «выделит» ли маховик при аварии что-то еще более страшное — к примеру, все-пробивающие осколки?

Что же, разглядим и вопросы безопасности.

Оказывается, разрыв маховика и супермаховика совсем не одно да и то же. В случае если при разрушении монолитного маховика вправду образуются страшные осколки, то супермаховик в этом отношении совсем надёжен: куски проволок либо волокон не смогут пробить кроме того узкого кожуха. Более того, супермаховики значительно чаще не разрываются всецело.

Разрушаются лишь внешние их витки и трением о корпус машинально останавливают вращающуюся массу, Множество опытов подтверждает это.

Предвижу иронические реплики: отчего же не останавливают выпуск двигателей внутреннего сгорания либо электроаккумуляторов и не переходят на выпуск супермаховиков?

Маховичные двигатели находятся до тех пор пока в колыбели собственного развития. Ведутся изучения — и теоретические, и на умелых примерах автомобилей.

Но я уверен, что к тому времени, как супермаховики получат зрелость — а это будет, по-моему, уже в конце века, — сжигать горючее в двигателях будет уже тем самым архаизмом, о котором сказал еще Д. И. Менделеев (не забывайте: «топить возможно и ассигнациями»?..).

Электроаккумуляторы же вряд ли нужно будет заменять маховиками, в особенности в таких условиях работы автомобили, каковые связаны с долгими простоями.

К тому же симбиоз маховика и электроаккумулятора может оказаться во многих случаях экономичнее, чем раздельно маховик либо электроаккумулятор.

Сейчас же маховичные двигатели с уверенностью делают собственные первые шаги. У некогда единственной в стране маленькой группы энтузиастов, действительно занявшихся маховиками, растет число приверженцев и последователей. Большой вклад в работу над супермаховиками вносят студенты кафедры теоретической механики Курского политехнического университета.

Весьма плодотворно трудятся Олег Федосеев — отечественный теоретик, Иосиф Юдовский — конструктор и изобретатель, Станислав Слепухов — бессменный испытатель экспериментальных автомобилей и умелых маховичных установок.

Идя навстречу славному 60-летию Октября и отвечая на призыв комсомола, ставший девизом Всесоюзного смотра НТТМ, «Пятилетке качества и эффективности — творчество и энтузиазм молодых!» мы стараемся вести собственные разработки так, дабы приблизить их к практике, связать с потребностями народного хозяйства.

Прежде всего это создание маховичных средств внутризаводского и карьерного транспорта.

Из-за чего избрано как раз такое направление? По причине того, что за ним ответственная неприятность, не взявшая до сих пор удовлетворительного технического ответа.

Я имею в виду отсутствие нужного и в цехах, и в карьерах «безвыхлопного» транспорта, от которого не скапливалось бы облако отработавших газов. Мы вычисляем очень перспективным использование для цеховых и карьерных автомобилей маховичных двигателей.

Сейчас уже проходит опробование в производственных условиях самосвал с таким двигателем. Подобную работу делаем мы для алюминиевого завода в городе Братске и последовательности вторых фирм страны.

Получено заданна на разработку маховичного самосвала-бетоновоза для Саяно-Шушенской ГЭС.

Громадную помощь в создании маховичных средств транспорта смогут оказать науке юные конструкторы, моделисты, юные техники, для которых в данной области непочатый край увлекательных поисков и технического творчества. В том числе и в создании микромашин — скажем, для автогородков, конкурс на разработку транспорта для которых проводит издание.

Как пример дешёвых для юных техников конструкций мы приводим тут описание выстроенного у нас маховичного микроавтомобиля.

Н. ГУЛИА, врач технических наук

Рандомные статьи:

РЕАЛЬНОСТЬ или ФАНТАЗИЯ


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.