Удивительная механика - Нурбей Гулиа

Ох уж эта весна! Какую злую шутку сыграла она с нами! Вернувшись из командировки в радужном настроении, я заглянул в наш подвал и… обомлел. При тусклом свете лампы невозмутимый лаборант с сигаретой в зубах стоял в болотных сапогах чуть не по пояс в грязной воде. В руках он держал шланг, по которому мощная помпа гнала глинистый раствор наружу, через спасительную щелку в потолке. Подвал не был гидроизолирован, и в него прорвались талые воды. Две недели откапывали мы ржавые детали, узлы и, отчаявшись очистить их от грязи и ржавчины, собирали рекуператор как попало.

Настало время посылать агрегат заказчику для установки его на автобусе. Наученный горьким опытом, я тщательно гидроизолировал ящик для рекуператора и только после этого отправил груз на товарную станцию. Но и этой предосторожности оказалось недостаточно. По дороге крышку ящика повредили, и на завод он пришел полный воды. Рекуператор плавал в ней, как огурец в рассоле.

Установив наш агрегат на автобусе и убедившись, что он не работает, заказчик возвратил его нам обратно вместе с автобусом. Опять грязегидравлические испытания, теперь по ноябрьским дорогам. Пробуем пустить машину сами – передача разлетается на куски. В чем дело? Ого! Приваривая ушко для крепления, сварщик заказчика прожег корпус и накрепко приварил к нему маховик.

Наконец выкатили автобус во двор. Машиной управлял лаборант, а рекуператором с заднего сиденья – я. Договорились подавать сигналы друг другу свистками: один долгий – тормоза отпустить, два коротких – нажать. Предстартовая нервозность сыграла свою роль, и я, запуская рекуператор, вместо одного длинного свистка дал два коротких. От обломков передачи пришлось спасаться бегством.

Я заметил, что каждый новый ремонт рекуператора занимал у нас все меньше времени. Мы привыкли к постоянному ремонту и не вылезали из-под автобуса. Нас даже прозвали «Карлсонами, которые живут под автобусом». Оттуда я консультировал студентов, там же выслушивал институтские новости и подписывал бумаги. Зимой мы примерзали спиной к асфальту. Нас вытаскивали из-под автобуса заботливые студенты.

Опять наступила весна. Мы вывели автобус бережно, как норовистого коня. Выбрали тихую улочку, разогнались, и я уверенно включил рекуператор. Но это я лишь решил, что включил его. На самом деле я перепутал тумблеры, которые были заменены только накануне, и вместо «пуска» включил «аварийную остановку». Полетела прочнейшая стальная лента, связывающая маховик с колесами машины. Тут же склеили ее клеем N 88. Попробовали катить автобус – катится. Остановили – что-то с глухим стуком упало на асфальт. Глянули под автобус – батюшки, кардан! Поставили кардан, поехали. Снова включили рекуператор – не работает. Остановились, выбежали, осмотрели – ничего непонятно. Я в сердцах стукнул по нему кулаком – и автобус пошел – сам! – плавно набирая скорость. Едва догнали его. Теперь работает, и еще как – экономит почти половину горючего!

Гибридные автомобили современности

Нет, наш труд, хотя кое-кто из пессимистов называл его «мартышкиным», не пропал даром. Говоря «высоким штилем» – из искры стало разгораться пламя, причем созидательное. Я далек от мысли, что это созидательное пламя разгорелось только от нашей скромной искорки. Но все наши изобретения, а их около трех сотен, были запатентованы, а патенты специалистами изучаются. Все наши находки и ошибки, концепции и расчеты, данные испытаний и планы на будущее публиковались в сотнях статей и десятках книг, изданных в том числе «за бугром». Работы эти цитировались и обсуждались в книгах и статьях зарубежных авторов, поэтому логично предположить, что кое-что из прочитанного использовалось и на практике. И я бываю просто счастлив, когда среди новых зарубежных конструкций и расчетов встречаю такие знакомые мне решения…

Конечно же, главное предназначение «энергетической капсулы», по крайней мере на ближайшее будущее, – это гибридные силовые агрегаты автомобилей. Сейчас многие промышленно развитые страны приступают к их выпуску. Существует много концепций гибридов, главным образом связанных с электроаккумуляторами и электроприводами. Ведь почти все преимущества супермаховика основаны на использовании механической трансмиссии с высочайшим КПД, иначе говоря – супервариатора. А его пока в промышленном исполнении нет – уж очень недавно он изобретен.

Схема гибрида автомобиля «тойота приус»

Пожалуй, самым известным гибридом является автомобиль «тойота приус». В этом гибриде двигатель соединен с генератором переменного тока, который заряжает аккумуляторную батарею, питающую опять же электрические тяговые двигатели переменного тока. Стало быть, преобразуется не только механическая энергия в электрическую, но и переменный ток в постоянный, и обратно. Однако этим дело не ограничивается – тяговые двигатели связаны сложной дифференциальной передачей, имеющей две степени свободы, с генератором и главной передачей автомобиля. Даже тепло от двигателя через специальные накопители тепла нагревает особый химический реактив – гидрид никеля, который выделяет водород, поступающий для сгорания в тот же двигатель! Что ж, «богатенькие» японцы здесь развернулись на славу! Не хватает только солнечных батарей и ветроколес для подзарядки батарей в солнечную или ветреную погоду. Себестоимость такого автомобиля баснословная, хотя продается он, видимо, по рекламным соображениям, не так уж дорого.

Ближе к реальной жизни, на наш взгляд, гибридный легковой автомобиль, проект которого разработан в США совместно с германской фирмой «BMW». При общей массе 1500 кг его двигатель потребляет всего 3 литра топлива на 100 км пробега. Если с бензиновым штатным двигателем такой автомобиль имел бы мощность 100 кВт, то в гибридном варианте оказалось достаточном дизельного двигателя мощностью 27 кВт и добавочных 50 кВт от супермаховичного накопителя с запасом энергии 1,5 кВт·ч. Обороты супермаховика – от максимальных 35 тыс. до минимальных – 17 тыс. оборотов в минуту. Схема гибрида обычная – дизель вращает генератор, который обеспечивает мощностью как тяговые двигатели автомобиля, так и разгонный электродвигатель супермаховика. Общая масса накопителя с электродвигателем, подвеской, супермаховиком и корпусом – 50 кг.

Супермаховичный накопитель, разработанный американскими и германскими специалистамиСупермаховик (а) и ротор мотор-генератора (б) американско-немецкого накопителя

Интерес представляет конструкция супермаховичного накопителя. Супермаховик из композитного материала подвешен на колоколообразной ступице в вакуумированном корпусе. Подвеска – магнитная, с постоянными магнитами и фиксирующими шарикоподшипниками. Между верхними и нижними подшипниками установлен скоростной мотор-генератор, дающий дополнительную мощность тяговым электродвигателям. Сам супермаховик и ротор мотор-генератора можно видеть на фотографии.

Устройство гибридного автомобиля «Patriot» фирмы «Крайслер» (а) и установленный на автомобиле накопитель (б)

Более смелый проект предложила известная американская фирма «Крайслер» для своей спортивной модели «Patriot». Скоростной газотурбинный двигатель объединен в один агрегат с генераторами, дающими ток как для движения автомобиля, так и для подзарядки супермаховичного накопителя. Все агрегаты выполнены как бы в миниатюре специально для небольшого спортивного автомобиля массой около 700 кг и мощностью почти 500 лошадиных сил (370 кВт).

Супермаховичный накопитель содержит цилиндрический супермаховик, выполненный из графитового композита и помещенный в вакуумный корпус. Хотя об этом впрямую не говорится, подвеска, конечно, магнитная – другой здесь и быть не может. Мотор-генератор развит в размерах по диаметру, чтобы обеспечить огромную мощность, хотя бы в сравнении с предыдущим проектом.

Супермаховичный накопитель автомобиля «Patriot»

Что ж, получился вполне компактный скоростной автомобиль, стоимостью в сотни тысяч долларов. Этакий гибридный «болид» для профессионального гонщика, а может быть, для богатого и столь же смелого автолюбителя. Но настоящим автомобилем, вернее электромобилем будущего, я бы назвал гибридный автомобиль-такси, разработанный в США. Его основной источник энергии – топливные элементы, работающие на водороде, который получают из метана, метанола или углеводородного жидкого топлива в конверторе на самом автомобиле. Вспомним, что ранее говорилось о топливных элементах, об их малой плотности мощности, несмотря на огромную плотность энергии и высокий КПД. Стало быть, для повышения мощности автомобиля нужно что? Да, конечно же, супермаховик! Его и использовали создатели нового электромобиля, серийный выпуск которого запланирован на 2010 год. Запас энергии в супермаховике – 2 кВт·ч; мощность его мотор-генератора номинальная – 50 кВт, но может быть временно повышена и до 100 кВт. Обороты супермаховика максимальные – 30 тыс. оборотов в минуту. Устройство накопителя – обычное. Супермаховик из композита, вероятно графитового, подвешен в магнитной подвеске в вакуумном корпусе. Мотор-генератор на основе постоянных магнитов для экономичности. Обхватывающее корпус защитное кольцо – на случай разрыва супермаховика. Читатель может спросить, а что же отличает эти гибриды от электромобиля, который предлагал автор? А отличие состоит в том, что привод в описанных гибридах электрический вместо супервариатор-ного. В результате масса – больше, а КПД – меньше. Но ведь сегодня нет реального привода к гибриду, кроме электрического. Ведь супервариатор пока – журавль в небе, а электропривод – синица в руках!