Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 07
Пневмомобиль выходит на улицу
Автомобили, работающие на сжатом воздухе, должны появиться на улицах уже в 2009 году.
Идея эта родилась еще в конце XIX века. Суть же ее такова: если в строго определенные моменты времени подавать в цилиндры двигателя порции воздуха, сжатого под большим давлением, мотор будет работать. Однако до поры до времени двигатели на сжатом воздухе имели лишь весьма специфическое применение.
Например, они приводили в движение морские торпеды или локомотивы в шахтах, где малейшая искра могла привести к взрыву. Американский изобретатель Чарлз Ходжес в первой половине XX века даже наладил серийное производство автомобилей с пневматическими двигателями собственного изобретения. И, говорят, они пользовались неплохим спросом до тех пор, пока вперед не вырвались двигатели внутреннего сгорания (ДВС).
Сейчас ДВС занимают доминирующее положение в автомобильном транспорте. Однако все более жесткие экологические требования нашего времени заставили конструкторов автомобилей вспомнить об этой идее вновь…
За последнее десятилетие сжатый воздух в качестве альтернативного источника энергии обрел новую жизнь. Было запатентовано несколько конструкций транспорта на сжатом воздухе. Одну из них, кстати, предложили наши бывшие соотечественники, работающие ныне в США.
Многие специалисты и сегодня относятся к таким двигателям сдержанно. Говорят, что сжатый воздух несет слишком мало энергии, зато при сжатии сильно нагревается, а чтобы аккумулировать тепло, требуются сложные и громоздкие устройства… При расширении же в цилиндрах воздух, наоборот, охлаждается, и чтобы повысить КПД, его надо подогревать, а для этого приходится ставить либо специальные горелки, как в пневмолокомотивах вековой давности, либо эффективные теплообменники. А это тоже усложняет конструкцию. Наконец, чтобы пневмомобили могли ездить повсюду, придется создавать сеть насосных станций, которые закачивали бы в баллоны сжатый воздух. При этом расходуется электричество, вырабатываемое опять-таки на тепловых электростанциях, которые загрязняют атмосферу дымом своих топок…
В общем, получается замкнутый круг. Однако рассмотрим проблему внимательнее. Эксплуатировать двигатель с пневмобаллоном проще, чем аккумулятор с электромотором. Баллон для сжатого воздуха можно перезаряжать сколько угодно раз, в отличие от электрических батарей, причем для изготовления воздушной системы не нужны дорогостоящие материалы, которые используются в современных батареях или водородных топливных элементах. Весит такой баллон из композитного материала меньше, чем аккумуляторная батарея, да и места занимает меньше. Кроме того, заряжать баллоны сжатым воздухом можно по ночам, когда электростанциям все равно некуда девать вырабатываемое электричество…
А потому некоторые конструкторы заинтересовались пневмомобилями столь серьезно, что перешли от слов к делу. Так, машину OneCat, движимую сжатым воздухом, сконструировал французский конструктор Ги Негрэ. Она представляет собой пятиместный автомобильчик с кузовом из стекловолокна. Весит такая машина всего 350 кг и приводится в движение сжатым воздухом, запас которого хранится во вмонтированных в ходовую часть баллонах. Автомобиль также сможет «питаться» дизельным или иным топливом. Эта возможность будет использоваться в том случае, если запасы воздуха исчерпаются.
По заявлениям Негрэ, расход топлива будет меньше, чем у любого из современных автомобилей, — всего 2,5 л на 100 км пути. В городской черте OneCat и вовсе будет ездить на одном лишь воздухе, не загрязняя атмосферу.
По замыслу конструктора, заправлять баллоны владельцы авто смогут на станциях, оборудованных мощными компрессорами. Весь процесс займет около 3 минут. Кроме того, машина будет оснащена бортовым компрессором, работающим от обычной электросети. Правда, в этом случае для наполнения «топливных» баков понадобится примерно 4 часа. Без дозаправки OneCat сможет проехать более 200 км.
Негрэ работает над проектом уже 10 лет. В свое время изобретатель обещал, что «воздухомобиль» начнет колесить по улицам в начале 2002 года. Сотрудникам его компании Motor Development International (MDI) почти удалось убедить муниципалитет Мехико заменить обычные такси пневматическими автомобилями своей конструкции. Городские власти было согласились, но в последний момент заявили, что еще никто в мире так не делает…
Однако Негрэ не бросил начатое и смог заручиться поддержкой известной индийской компании Tata, уже предложившей миру одно «авточудо» — машину ценой 2500 долларов.
Ожидается, что на начальном этапе OneCat, получивший теперь название Air Саг, будет продаваться только в Индии примерно за 5000 долларов. В перспективе, рассчитывает Негрэ, заводы по выпуску транспортных средств, работающих на сжатом воздухе, появятся и в других странах.
Сердце пневмомобиля — четырехпоршневой двигатель, позволяющий развивать скорость около 100 км/час. Сжатый воздух плотностью 125 кг/см3 хранится в легких баках вместимостью более 9000 декалитров, изготовленных из термопласта и покрытых оболочкой из углеволокна. Из баков воздух поступает в небольшую камеру, где расширяется и охлаждается. Под давлением расширяющегося воздуха поршень уходит вниз. Камера начинает нагреваться, стремясь достичь температуры окружающей среды, и нагревшийся воздух переходит во вторую камеру, где снова расширяется, заставляя поршень подняться вверх.
В отличие от четырехтактных ДВС, в которых половина тактов уходит на заполнение камеры смесью воздуха и горючего, а также выпуск выхлопных газов, пневматический двигатель использует каждый такт для движения. Переключение передач автоматическое. Необходимость в сцеплении отпадает, поскольку в статическом положении двигатель не работает. «Выхлоп» у Air Саг состоит из воздуха температурой от 0 до 15 градусов ниже нуля (не забудьте, что при расширении воздух охлаждается) и направляется не в выхлопную трубу, а через углеродный фильтр в систему кондиционирования салона. Корпус пневматического автомобиля склеен из стекловолокна и пенопластика. Шасси алюминиевое, опять-таки клееное.
Есть подобные наработки и у французской фирмы MDI. Там разработали несколько моделей пневмомобиля: трехместные легковушки ОnеСАТ и MiniCAT, пикапы CityCAT и микроавтобусы MultiCAT. Кроме того, есть варианты с гибридным топливно-пневматическим приводом для дальних поездок. Причем на умеренной скорости такая машина сможет преодолеть до 1500 км на трех литрах солярки или бензина!
Серийный выпуск первых пневмомобилей MDI планирует начать на своем французском заводе уже в 2009 году.
И.ЗВЕРЕВ
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Дождь по заказу
Ученые и инженеры продолжают разрабатывать методы и устройства, позволяющие вызывать дождь по своему желанию, а также разгонять дождевые облака, пишет журнал New Scientist.
«Ветряки можно превратить в машины, увлажняющие атмосферу», — утверждает инженер из Эдинбургского университета Стивен Солтер. Он стал известен еще в 70-е годы прошлого века тем, что изобрел так называемую «утку-качалку» для использования энергии волн. Он также спроектировал машинку вихревого действия для дистанционного подрыва противопехотных мин. А недавно, выступая на Международной конференции по проблемам освоения Мирового океана, изобретатель предложил идею плавучего ветряка, который бы поднимал водяные испарения высоко над морем и нагонял на сушу дождевые облака. Подобные дождевальные ветряки, по его мнению, позволят остановить продвижение пустынь и нейтрализовать процессы, связанные с изменением климата.
Так, возможно, будет выглядеть установка для образования дождя.
Эксперимент с турбиной Даррьеуса в лаборатории.
Солтер предлагает разновидность конструкции, известной среди инженеров как турбина Даррьеуса. Внешне она похожа на огромную взбивалку для яиц. Ветер вращает лопасти турбины вокруг вертикальной оси. С одной стороны, установка удобна тем, что одинаково работает при любом направлении ветра, ее не надо разворачивать при смене направления движения воздушных потоков. С другой стороны, по эффективности выработки электричества она уступает устройствам с горизонтальной осью.
Впрочем, Солтера в данном случае мало интересует выработка энергии. Главное здесь то, что за счет центробежной силы турбина Даррьеуса способна подбрасывать капли воды высоко в атмосферу.
Согласно замыслу, трубы, встроенные в лопасти турбины, будут забирать морскую воду из океана. Установленные на выходе из труб форсунки — превращать ее в аэрозоль и подбрасывать на сотни метров в турбулентном потоке, создаваемом ротором. В итоге, по расчетам Солтера, заметно увеличится влажность атмосферы в данном районе океана, что приведет к дополнительному образованию облачности. И если в жарких регионах разместить сотни, а то и тысячи таких установок, то они смогут полностью устранить угрозу засухи.
