Самым типичным автомобилем, работающим за счет энергии маховика, является маленький двухместный "махомобиль" американского ученого Дэвида Рабенхорста. Маховик махомобиля соединен с валом разгонного электродвигателя, причем электродвигатель размещен в воздушной среде, чтобы он лучше охлаждался, а маховик - в вакууме, чтобы не было лишних потерь энергии. На выходе из вакуумной камеры вал герметизирован магнитным уплотнением. В принципе можно даже разрезать вал и вывести вращение из вакуума специальными магнитными муфтами.
Маховичный автомобиль (махомобиль) Девида Рабенхорста.
Другой конец вала маховика соединен с гидронасосом обратимого типа, который может работать и в режиме гидродвигателя. Жидкость - масло от гидронасоса через распределитель или (что одно и то же) механизм управления махомобилем подается в четыре маленькие гидромашины, встроенные в колеса махомобиля. Таким образом, все колеса махомобиля ведущие - махомобиль быстро разгоняется, движется устойчиво, без заносов.
В махомобиле нет сцепления, коробки передач, карданного вала, дифференциала, полуоси, электроаккумуляторов, стартера и генератора, топливного бака и топливной системы, системы охлаждения с вентилятором, глушителя и, наконец двигателя внутреннего сгорания. Махомобиль бесшумен, он не загрязняет окружающую среду выхлопными газами, приводится в движение практически мгновенно. Маховик может развивать громадные мощности, так необходимые автомобилям для быстрого разгона.
Зарядка энергией, или разгон маховика, производится включением разгонного электродвигателя в сеть. Время зарядки - до 25 мин, что в десятки раз быстрее по сравнению с продолжительностью зарядки электроаккумуляторов. Для приведения махомобиля в движение - повышают наклоном шайбы производительность насоса, и масло начинает поступать в гидродвигатели колес, разгоняя машину. Больше наклон шайбы - больше скорость.
Махомобиль рассчитан на крейсерскую (постоянную) скорость 90 км/ч, причем кратковременно скорость может быть значительно увеличена, например для выполнения обгонов.
Путь пробега махомобиля с одной зарядки - около 60 км. Это при массе маховика 100 кг, скорости его вращения от 23 700 до 11 900 оборотов в минуту и запасе энергии 24 МДж. Удельная энергия маховика составляет 240 кДж/кг.
Разгонный электродвигатель мощностью 40 кВт - 18,4 кг, гидронасос мощностью 37,5 кВт - 11,4 кг, четыре гидродвигателя колес такой же общей мощности - 10 кг, приборы управления - 9 кг, шасси - 175 кг, кузов - 270 кг. Вместе с маховиком, его корпусом, подвеской и даже пассажирами выходит чуть более 600 кг.
Махомобиль не боится длительных стоянок - маховик может вращаться без остановки почти полтора месяца.
Подвеска маховика в махомобиле тоже магнитная - здесь есть подшипники, способные не только принимать на себя усилия при тряске, но и ослаблять гироскопическую нагрузку при повороте оси маховика.
На сегодняшний день в разных странах построено много маховичных автомобилей и автобусов. Некоторые из них (как и швейцарский гиробус) могут двигаться как троллейбус. Но при этом раскручивается и маховик, который потом снабжает током тяговые электродвигатели. Такие машины, названные гиротроллейбусами, не тратят время на раскрутку маховика, так как "зарядка" идет на ходу. Затем, после разгона маховика, гиротроллейбусы едут на накопленной энергии до конечной остановки через весь город.
В отличие от швейцарского гиробуса, маховик в таком гиротроллейбусе весит не 1,5 т, а всего около 300 кг.
Гиротроллейбус фирмы "Локхид" - США (а), и его маховичный накопитель (б).
Поистине безграничные возможности открываются перед маховиками в космосе. В космическом вакууме у маховиков совершенно нет потерь на трение о воздух, а невесомость устраняет нагрузки на подшипники.
На некоторых спутниках связи уже используют маховичные накопители энергии - спутники связи, транслирующие на большие расстояния телефонные разговоры, телепрограммы и радиопередачи, работают обычно не только от солнечных батарей, но и от аккумуляторов, которые дают ток, пока Земля загораживает спутник от Солнца и тот находится в тени. Однако время жизни электрохимических аккумуляторов невелико, они быстро выходят из строя, а из-за них прекращает существование и сам спутник, который мог бы служить еще долго. Вот и пал выбор на долговечные маховики. Они вращаются в магнитной подвеске со скоростью 40 000 оборотов в минуту.
Возьмем самый простой детский волчок - юлу, укрепим на ее кончике сверло, разгоним юлу и уберем руку. На первый взгляд ничего удивительного - юла стоит на сверле и сама сверлит подставку. А ведь ни с какой из обычных дрелей подобный опыт никогда не получится. Даже у электрической дрели корпус тотчас завертится в противоположную сторону и порвет все провода.
Маховики обладают свойством "безреактивности" - при вращении они не оказывают реактивного действия на корпус и другие части устройства. Маховик связан с корпусом только подшипниками, а они свободно проворачиваясь, не передают вращательных усилий.
Маховичная дрель.
Изготовленная мною маховичная дрель успешно сверлила любые доски. При этом она прекрасно выдерживала вертикальное направление благодаря еще одному свойству маховика - способности сохранять устойчивое положение в пространстве.
Чтобы проверить это свойство самому, лучше всего снять велосипедное колесо с вилки, взяться за концы оси и, держа колесо на вытянутых руках попросить товарища раскрутить его. Если колесо раскручено как следует - никакие попытки свернуть ось в сторону ни к чему не приведут, даже несмотря на большие усилия. Колесо будет сопротивляться совсем как живое, стараясь вырваться из рук - ось вращающегося маховика всякий раз стремится повернуться не туда, куда мы прилагаем усилие, а под прямым углом к этому направлению.
В 1914 году, русский инженер П.П.Шиловский построил автомобиль, в котором был применен гироскопический эффект вращающегося маховика. "Гирокар" демонстрировался в Лондоне, где вызвал огромный интерес - машина Шиловского имела всего два колеса (как велосипед), однако она сохраняла без каких-либо упоров устойчивое положение, даже если все пассажиры садились по одну сторону. "Держал" машину раскрученный маховик, благодаря гироскопическому эффекту. В гирокаре использовался примитивный автомат с датчиком наклона в виде шарика в трубке и сервомотором, воздействующим на 300-килограммовый маховик.
Гирокар П.П.Шиловского (а) и принцип его действия (б).
Применение маховичных накопителей на электростанциях тесно связано с именем известного русского изобретателя-самоучки А.Г.Уфимцева. Тщательно проанализировав разные способы накопления энергии для ветро-электростанций, в том числе "водородное" и тепловое аккумулирование, он пришел к выводу, что маховичный накопитель подходит для этих целей лучше других.
Первый маховичный аккумулятор был построен А.Г.Уфимцевым в 1920 году из паровозного буфера. Маховик имел массу всего 30 кг и вращался в вакуумной камере, из которой был откачан воздух до давления около 0.005 Атм, совершая 12 000 оборотов в минуту. Вывод мощности из камеры осуществлялся электрическим путем с помощью мотор-генератора.
Электромаховичный накопитель А.Г.Уфимцева.
Более крупную модель накопителя с маховиком - массой 320 кг - А.Г.Уфимцев создал в 1924 году. После зарядки маховик обеспечивал равномерное горение нескольких электроламп по 1000 свечей в течение часа. Этот накопитель Уфимцев применил на ветроэлектростанции, которая существует в городе Курске, на улице Семеновской и сейчас.
Маховик А.Г.Уфимцева аккумулировал электроэнергию в периоды ее избытка, во время порывов ветра, а затем равномерно распределял ее даже при полном отсутствии ветра. Крутиться он мог без подзарядки около 14 ч.
Очень широко распространены "гибриды" статических и динамических накопителей одного и того же вида энергии. Всем известный маятник, в том числе и балансир с пружинкой в наручных часах - "гибрид" статического аккумулятора механической энергии в виде поднятого груза или скрученной пружины и динамического аккумулятора той же энергии - маховика. "Перетекание" энергии из статического аккумулятора в динамический и обратно, носит колебательный характер.
Такой же эффект получим, объединив статический и динамический электрические аккумуляторы - конденсатор и катушку индуктивности. Вместе они образуют так называемый колебательный контур. Электрический колебательный контур - аналог механического маятника, законы колебаний того и другого одинаковы. Потери энергии в обоих случаях приводят к одному и тому же - колебания затухают, накопленная энергия переходит при этом в тепло.
На заре автомобилизма, когда дороги были не так загружены, энергию накапливали в самой массе автомобиля. Делалось это так: автомобиль разгоняли примерно до 80 км/ч на полной мощности двигателя, а следовательно, и при максимальном КПД. После этого двигатель выключали, а коробку передач ставили в нейтраль. И автомобиль шел с неработающим двигателем и отключенной трансмиссией накатом, пока скорость не падала ниже 30 км/ч. Затем опять включалась трансмиссия, запускался двигатель и разгон повторялся. И так автомобиль ехал всю дорогу.
Конец.
Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732
