Техника - молодёжи 1997-07, страница 12

дется уменьшить плошадь поршней, понадобится особо прочная сталь или другие материалы. Специфичен и режим работы двигателя. Горючая смесь в цилиндрах ДВС взрывается мгновенно, и потому для него выгоднее работа на высоких оборотах. А процесс расширения газа приходится, наоборот, всячески замедлять — чтобы он успел поглотить больше тепла. Значит, криодвигатель должен быть низкооборотным. Кроме того, последний в принципе не требует ни сжатия, ни воспламенения рабочего тела. Значит, четырехтактным он ни в каком случае быть не может, остаются только два такта — рабочий ход и холостой. Так что даже два цилиндра уже могут обеспечить нормальную работу.

Что касается теплообмена, то мыслимы два существенно различных его варианта. На пути от баллона со сжиженным газом к цилиндрам можно поставить отдельный теплообменник, в котором «криотопливо» будет испаряться, поступая туда порциями по несколько кубических сантиметров. Тогда к поршням пойдет газ высокого давления, но уже с температурой окружающего воздуха. А можно попытаться сэкономить на теплообменнике и организовать испарение прямо в цилиндрах мотора. Но тогда они сами должны обеспечивать теплообмен, а значит, — иметь совсем другую конструкцию. Ведь в них будет подаваться непосредственно жидкий воздух с температурой— 190°...

— Видимо, первый вариант все же проще?

— Во всяком случае пока я прорабатываю его. Поскольку тепло для испарения должно поступать от окружающего воздуха, теплообменник естественным образом становится на место радиатора обычного автомобиля. По предварительным оценкам размеры обоих устройств сравнимы. Только функция нового «радиатора» — уже не рассеяние тепла, а, наоборот, поглощение. Трубки в нем гораздо тоньше и расположены чаще, ведь по ним должно равномерно распределяться высокое давление. Поэтому, кстати, их приходится делать не медными, как обычно, а из нержавеющей стали. Успешно испытаны подобные трубки на 1500 атм. Чтобы увеличить площадь теплообмена, на них нанизаны пакеты пластин.

— Но, наверное, для эффективной работы двигателя важна не только конструкция теплообменника, но и просто температура воздуха «за бортом»? Не будет ли мощность слишком сильно падать зимой?

— Судите сами: летом мы имеем, в крайнем случае, +30, зимой — ну, пусть -20.

А у жидкого воздуха--190. Если считать,

что мощность мотора напрямую зависит от температуры, то максимальная разница — меньше 30%...

Вообще же, в целом — я уверен, что и рассмотренные нами, и другие проблемы вполне решаемы: принципиальных трудностей нигде нет. Но есть одна непринципиальная: нужны немалые деньги...

— И как вы собираетесь решать эти проблемы — в одиночку?

— Проект криомобиля получил некоторую поддержку со стороны профильных специалистов, подписавших соглашение о намерениях. Центральный научно-иссле-довательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ) в принципе был бы готов взяться за создание ходовой части. Но, конечно, для этого мне придется представить действующую модель двигателя и соответствующие расчеты. Другая солидная организация — АО «Криоген-маш» — может взять на себя разработку и изготовление бортовой системы хранения сжиженных газов, благо опыт у них в этом деле большой. Третьим, научным участником

соглашения стал мой родной ВНИИОФИ. Кроме того, есть договоренность о совместной деятельности по данному проекту с одним из канадских университетов — там занимаются электромобилями, и по ряду направлений наши интересы совпадают.

АЛЬТЕРНАТИВА ЧЕМУ?

- Владимир Федорович, а вы не боитесь, что «китам» автоиндустрии может не понравиться ваша работа?

— Не боюсь, ибо о реальной конкуренции автомобилю речи пока быть не может. Перед ним новое транспортное средство имеет, пожалуй, только два серьезных преимущества: абсолютная экологическая чистота и столь же абсолютная пожаробезо-пасность: в отличие от ДВС, криодвигатель не взорвется ни при каких обстоятельствах. Хотя надо еще отметить такой специфический «плюс», как даровое кондиционирование салона в жару.

Если же вернуться к эффективности энергоносителя, то теплотворная способность углеводородных топлив — бензина, газа и т.п. — порядка 40 МДж на килограмм. Даже с учетом значительно более низкого КПД двигателей внутреннего сгорания все равно получается 10 — 15 МДж. Для криомобиля аналогичный показатель (при КПД 80%) составит 0,4 — 0,5. Значит, по максимальной скорости, а главное — по длине пробега на одной заправке он будет значительно проигрывать. По моим расчетам, чтобы сравняться по пробегу с обычной легковой машиной, криомобиль должен иметь бак, по крайней мере, в 20 раз больше. Конечно, это неприемлемо. Можно, впрочем, пофантазировать насчет нестандартного, компактного размещения емкостей с жидким газом внутри и снаружи корпуса, но лучше оставить это специалистам...

Зато, например, для электромобиля новый транспорт — весьма серьезный конкурент. Пиковая мощность моторов существующих электромобилей сейчас держится на уровне примерно 40 л.с. Это чтобы тронуться с места. Средняя же — не более 15 л.с. Так вот: при той же мощности двигателя (а именно такую мы закладываем в проект), аэродинамике и весе криомобиль проедет без заправки втрое дальше электрического собрата. Кроме того, аккумуляторы — вещь уязвимая, боятся мороза, имеют свойство разряжаться. А баллоны для жидкого воздуха практически не подвержены износу и порче, испарение газа из них, при сегодняшнем техническом уровне, может быть менее 1-2% в сутки. Наконец, аккумуляторы большой емкости гораздо дороже баллонов и при этом крайне вредны

Предварительный вариант турбинного крио-двигателя. Цифрами обозначены: 1 — сжатый газ (аоздух или азот) из криосистемы; 2—регулятор давления («педаль газа»); 3 — рабочая зона с соплами; 4 — газо-аодяная смесь; 5 — турбина; 6 — сепаратор газоводяной смеси; 7 — газовый аыхлоп; 8 — вода; 9 — насос подачи аоды а рабочую зону; 10 — аал турбины; 11 — вентилятор; 12 — рубашка водяного подогревателя рабочей зоны; 13 — насос аодяного подогревателя; 14 — радиатор аодяного подогревателя.

экологически. То есть сначала придется отрабатывать и налаживать их массовое производство, а затем, может быть, еще больше мучиться с их утилизациеи после выработки ресурса.

— Что еще можно сказать о криомобиле? Внешний вид, устройство, характеристики, области применения?

— О дизайне пока судить трудно — зто заключительный этап разработки. Трансмиссию, колеса, тормоза, да и больш нет во других узлов и деталей, видимо, удастся заимствовать от традиционного автомобиля лишь с незначительными переделками. Вес двигателя и всей машины, по моим расчетам, может остаться на том же уровне. Скорость для нее оптимальна «городская» — 50 — 60 км/ч.

Соответственно, одна из очевидных областей применения — городской пассажирский транспорт. Но также и различные специальные машины, особенно работающие внутри помещений (кары, автопогрузчики, транспортеры) и на пожаровзрыво-опасных участках, например, угольных шахтах, хлопковых и пороховых складах. Интересные возможности использования могут открыться для экипажей, совмещающих ДВС и криодвигатель.

— Вы считаете возможными энергоносителями и воздух и азот. А какой газ все-таки лучше? И не будет ли проблем с их получением, использованием, заправкой?

— Производство жидкого воздуха дешевле, а азота — более налажено. Использование обоих газов в двигателе практически безопасно, но азот безопасен и теоретически, ведь в нем нет кислородной компоненты, как в воздухе. Азотный «выхлоп» также абсолютно безвреден (в отличие от ОКИСЛОВ азота). Конечно, дешевле сжижать оба газа централизованно на предприятиях. Но можно наладить и «малое» производство — хоть у себя на даче: серийно выпускаются (в частности, фирмой «Филлипс») компактные криомашины весом 250 кг с производительностью 5 — 7 кг жидкого газа в час.

Чрезвычайно перспективно производство этих продуктов с использованием солнечной и ветровой энергии. Как известно, главный недостаток той и другой — крайняя рассеянность и малая надежность (ветер стих, Солнце за облаками). Поэтому, например, даже для освещения дома ветряк приходится дополнять тем же аккумулятором, со всеми его недостатками. Именно тут криомашина и сможет проявить все свои преимущества. Она будет спокойно работать и на низких оборотах, и с перерывами, постепенно накапливая жидкий продукт в баллонах.

Что касается заправки, то в США около трети всех АЗС уже сейчас продают жидкий азот для грузовиков-рефрижераторов. Так что особых технических сложностей здесь нет — была бы принята государством программа и выделены средства.