працює супермаховик

Чи є вже сьогодні машини, на яких встановлені супермаховики? Так є. Нехай ці машини і не випускаються поки серіями, як «жигулі» або «фольксваген», але вони існують. Працюють, їздять, всіх дивують.

Найтиповішим автомобілем, що працює за рахунок енергії супермаховика, є, мабуть, маленький двомісний «махомобіль» американського вченого Девіда Рабенхорста. Спробуємо на його прикладі розібратися в пристрої махомобілей.

Супермаховик махомобіля з'єднаний з валом розгінного електродвигуна, причому електродвигун розміщений в повітряному середовищі, щоб він краще охолоджувався, а супермаховик - в вакуумі, щоб не було зайвих втрат енергії. На виході з вакуумної камери вал герметизирован магнітним ущільненням. В принципі можна навіть розрізати вал і вивести обертання з вакууму спеціальними магнітними муфтами.

Маховикові автомобіль (махомобіль) Девіда Рабенхорста

Інший кінець вала супермаховика з'єднаний з гідронасосом оборотного типу, який може працювати і в режимі гідродвигуна; про таких гідромашинах я вже говорив. Рідина - масло від гідронасоса через розподільник або, що одне і те ж, через механізм управління махомобілем, подається в чотири маленькі гідромашини, вбудовані в колеса махомобіля. Таким чином, всі колеса махомобіля провідні, і це дуже добре - махомобіль швидко розганяється, рухається стійко, без заметів.

У махомобіле немає таких звичних автомобільних частин, як зчеплення, коробка передач, карданний вал, диференціал, півосі, електроакумуляторів, стартер і генератор; відсутня паливний бак і вся паливна система, система охолодження з вентилятором, глушник і, нарешті, сам двигун внутрішнього згоряння. Махомобіль безшумний, він не забруднює навколишнє середовище вихлопними газами, приводиться в рух практично миттєво. Відомо, що супермаховик може розвивати величезні потужності, так необхідні автомобілів для швидкого розгону.

Зарядка енергією, або розгін супермаховика, проводиться включенням розгінного електродвигуна в мережу. Час зарядки - 20-25 хв, що в десятки разів швидше в порівнянні з тривалістю зарядки електроакумуляторів. Для приведення махомобіля в рух підвищують нахилом шайби продуктивність насоса, і масло починає надходити в гідродвигуни коліс, розганяючи машину. Більше нахил шайби - більше швидкість.

Махомобіль розрахований на крейсерську, тобто постійну швидкість 90 км / год, причому на короткий час швидкість може бути значно збільшена, наприклад для виконання обгонів.

Шлях пробігу махомобіля з однієї зарядки поки близько 60 км, але його планується збільшити в три рази. Це при масі супермаховика 100 кг, швидкості його обертання від 23 700 до 11 900 оборотів в хвилину і запасі енергії 24 МДж. Питома енергія супермаховика становить 240 кДж / кг. Правда, вже випробувані супермаховики з питомою енергією в 650 і навіть 700 кДж / кг, а це значить, що і шлях пробігу збільшується майже до 500 км!

У махомобіля рекордно мала в порівнянні з електро- і автомобілями вартість пробігу - близько долара на 100 км шляху. Я думаю, навряд чи який водій відмовиться від такої машини!

Подивимося тепер, які характеристики агрегатів махомобіля Рабенхорста по потужності і масі. Розгінний електродвигун потужністю 30-40 кВт - 18,4 кг, гидронасос потужністю 37,5 кВт - 11,4 к г, чотири гидродвигателя коліс такий же загальної потужності - 10 к г, прилади керування - 9 кг, шасі - 175 кг, кузов - 270 кг. Разом з супермаховиком, його корпусом, підвіскою і навіть пасажирами виходить трохи більше 600 кг.

Махомобіль не боїться тривалих стоянок - маховик може обертатися без зупинки майже півтора місяця. І це не межа, тому що так звані кільцеві супермаховики, про які буде сказано нижче, розраховані на більш ніж річний вибіг, а американський 45-кілограмовий маховик в магнітному підвісі має настільки малі втрати, що здатний крутитися без зупинки понад 10 років!

Підвіска супермаховика в махомобіле теж магнітна, тільки вона практичніше, ніж «абсолютний» магнітний підвіс: тут є підшипники, здатні не тільки приймати на себе зусилля при трясці, а й послаблювати гіроскопічну навантаження при повороті осі супермаховика.

На сьогоднішній день в різних країнах вже побудовано багато супермаховичного автомобілів і автобусів. Деякі з них, як і швейцарський гіробуси, оснащені штангами і можуть рухатися як тролейбус. Але при цьому розкручується і супермаховик, який потім постачає струмом тягові електродвигуни. Такі машини, названі гіротроллейбусамі, не витрачають час, подібно гіробуси, на розкрутку супермаховика, так як «зарядка» йде на ходу. Потім, після розгону супермаховика, гіротроллейбуси їдуть на накопиченої енергії до кінцевої зупинки через все місто. На відміну від швейцарського гіробуси, маховик в такому гіротроллейбусе важить НЕ 1,5 т, а всього близько 300 кг.

Гіротроллейбус фірми «Локхід» (США) (а) та його маховикові накопичувач (б)

Існують проекти використання супермаховиков в авіації. В одному з них для зльоту надзвукових літаків пропонують застосовувати маховикові катапульту. Якщо розігнати великий маховик електродвигуном, а потім підключити його до лебідки, з'єднаної тросом з літаком, то маховик за кілька секунд розвине гігантську потужність, в десятки разів перевищує потужність електродвигуна. За лічені секунди літак розженеться до 400 км / год і злетить. При цьому шлях розгону буде не більше 100-150 м. Такий запуск дуже надійний і економічний.

Подвійну користь можна отримати від установки супермаховиков на легких тихохідних літаках, у яких власний двигун розвиває потужність не більше 90-120 кВт. Супермаховик масою всього 13 кг здатний видати потужність 115 кВт протягом 20 с, а масою 57 кг - 225 кВт протягом 60 с - час, цілком достатня для зльоту. Крім того, розкручений супермаховик забезпечить безпеку екіпажу в разі зупинки мотора літака. Енергії, накопиченої в супермаховик, вистачить для трихвилинного польоту літака без мотора. Льотчики встигнуть вибрати придатну для посадки майданчик і приземлитися.

Шотландський маховикові вертоліт, прозваний «стрибучий Гіро»

Ще в 30-х роках минулого століття в Шотландії був побудований маховикові вертоліт. Розганяли маховик на землі разом з повітряним гвинтом, лопатей якого задавали нульовий кут атаки, щоб розгін йшов легше. Після розгону маховика лопаті встановлювали під потрібним кутом, і машина злітала в небо. Коли енергії в маховику залишалося вже мало, вертоліт плавно опускався. Чи не правда, це дуже схоже на іграшковий вертоліт, в якому розгін лопатей-маховиків проводиться пусковим шнурком?

А через півстоліття в США створили розвідувальний безпілотний вертоліт з супермаховик. Два легких кільцевих супермаховика діаметром 1,4 м, що обертаються в різні боки, розкручують повітряні гвинти, розташовані всередині кілець супермаховиков. Кільця розганяють до 4 тис. Оборотів в хвилину на спеціальному автомобілі, з якого вертоліт стартує. Вертоліт швидко піднімається на 100-метрову висоту, зависає там і, маючи на борту фото- і телеапаратури, виробляє зйомки або телепередачі. Подібний вертоліт зручно використовувати і для пожежних робіт - його двигун не затихне від диму, а баки з пальним не займуться, так як на цьому вертольоті немає ні двигуна, ні баків.

Розвідувальний безпілотний маховикові вертоліт

Якщо потрібно потрапити на борт вертольота, що завис високо над землею, або на якусь площадку на висоті 100 м і більше, найкраще скористатися для цього маховічним підйомником, який дозволяє підняти дев'ять осіб поспіль, причому в п'ять разів швидше за звичайні моторних підйомників. Маховик підйомника розганяється маленьким електродвигуном потужністю 1,5 кВт до 28 тис. Обертів на хвилину.

Здійснити екстрений спуск з того ж вертольота або з вікна палаючого висотної будівлі допоможе маховикові ліфт, в розробці якого довелося брати участь і мені. При пожежі нерідко потрібно терміново евакуювати людей з верхніх поверхів будинку, але в цей час ток від будівлі, як правило, відключають і ніякі підйомні механізми не працюють. Ось і придумали спеціальний електронний пристрій для такого випадку.

Людина одягає спеціальний пояс з прикріпленою до нього стрічкою і стрибає вниз. Стрічка намотана на валу невеликого маховика або супермаховика, як в стрічковому вариаторе, про який йшлося вище. Змотуючи з вала, вона розганяє маховик, спочатку повільно, а потім все сильніше і сильніше. Людина ж, Втулка навпаки, наближаючись до землі, все більше і більше втрачає швидкість. І нарешті м'яко - Корпус приземляється. Пояс зі стрічкою сам піднімається вгору за рахунок енергії маховика, розкрученого раніше спустився людиною. Так маховикові ліфт може доставляти на землю одного за іншим скільки завгодно людей.

Воістину безмежні можливості відкриваються перед супермаховик в космосі.

У космічному вакуумі у супермаховиков абсолютно немає втрат на тертя об повітря, а невагомість усуває навантаження на підшипники. В цьому випадку підшипники можуть бути простими «сухосмазивающіміся» втулками.

У дослідницькому центрі США створена супермаховичного установка для міжнародної космічної станції, що перевершує за своїми показниками раніше застосовувалися нікель-водневі акумулятори. Супермаховик запасає більшу кількість енергії, а термін його служби вдвічі довше, ніж у хімічних акумуляторів.

Мабуть, не обійтися без супермаховиков і на космічних станціях, які відправляться до далеких планет, де майже немає сонячного світла, що дає енергію для живлення електронного обладнання станцій. На думку вчених, короткочасних включень пиропатронов буде цілком достатньо, щоб за допомогою газової турбіни так розігнати супермаховик, що його енергії надовго вистачить для безперебійної роботи всіх приладів.

У космосі супермаховики необхідні і для більш прозаїчних справ - наприклад, для ремонту станцій, приведення в рух механізованого інструменту.

Припустимо, космонавту потрібно просвердлити отвір або закрутити гайку. Якщо він застосує звичайну дрель або гайковерт, то реактивний момент, що діє на корпус ручного інструменту, закрутить в першу чергу самого космонавта. На Землі такого не трапляється, тому що цьому протидіє сила тяжіння і сила тертя, а в умовах невагомості - це звичайне явище.

Тепер виконаємо наступний досвід. Візьмемо найпростіший дитячий дзига - дзигу, зміцнимо на її кінчику свердло, розгонимо дзигу і приберемо руку. На перший погляд ніби нічого дивного - дзига варто на свердла і сама свердлить підставку. Але ж ні з якою зі звичайних дрилів подібний досвід ніколи не вийде. Навіть у електричної дрилі корпус негайно закрутиться в протилежну сторону і порве всі дроти.

Справа в тому, що маховики і супермаховики мають властивість «безреактивное», тобто при обертанні вони не роблять реактивного дії на корпус та інші частини пристрою. Маховик пов'язаний з корпусом тільки підшипниками, а вони, вільно провертаючись, залишають поза передачею обертальних зусиль.

Маховикові «безреактивное» дриль

Виготовлена ​​мною маховикові дриль успішно свердлила будь дошки. При цьому вона прекрасно витримувала вертикальний напрямок завдяки ще одній властивості маховика, про який вже згадувалося, - здатність зберігати стійке положення вільної осі в просторі.

Щоб перевірити це властивість самому, краще всього зняти велосипедне колесо з вилки, взятися за кінці осі і, тримаючи колесо на витягнутих руках, попросити товариша розкрутити його. Якщо колесо розкручене як слід, ніякі спроби згорнути вісь в сторону ні до чого не приведуть, навіть незважаючи на великі зусилля. Колесо буде чинити опір зовсім як жива, намагаючись вирватися з рук. Суть того, що відбувається полягає в тому, що вісь обертає маховика щоразу прагне повернутися не туди, куди ми докладаємо зусилля, а під прямим кутом до цього напрямку.

Існує багато способів дізнатися, куди буде повертатися вісь маховика, але всі вони важкі і розраховані на фахівців. Тому я придумав для себе спосіб простіше, який назвав «правилом колеса». Запам'ятати його нічого не варто, досить мати в кишені хоча б одну монетку або коліщатко. Пустимо монетку котитися по столу. Скоро вона почне падати на бік, але що для нас особливо важливо - вона і згортати буде в ту ж сторону. Тепер уявімо собі, що монетка - це обертається маховик. Припустимо, ми намагаємося звернути вісь цього маховика в ту ж сторону, куди падає монета. Напрямок повороту монети дозволить нам визначити, куди насправді буде згортати вісь маховика. Ось і все правило.

Досвід з монетою, що демонструє гироскопический ефект

Якщо ніщо не впливає на вісь маховика, то вона бездоганно зберігає своє положення в просторі. І це робить маховик незамінним в навігаційних приладах, які зараз встановлюють на всіх кораблях, літаках, ракетах. Називають такі прилади гіроскопічними. Про ці найцікавіших приладах багато написано, і я не буду детально зупинятися тут на них. А ось про автомобіль, в якому був застосований як раз гироскопический ефект обертового маховика, думаю, сказати треба. Побудував цей «гірокар» в 1914 році український інженер П. П. Шиловський. Гірокар демонструвався в Лондоні, де викликав величезний інтерес. Ще б пак, машина Шиловського мала всього два колеса, як велосипед, однак вона зберігала без будь-яких упорів стійке положення, навіть якщо всі пасажири сідали за одну сторону. «Тримав» машину розкручений маховик завдяки гіроскопічного ефекту. У гірокаре використовувався примітивний автомат з датчиком нахилу у вигляді кульки в трубці і сервомотором, яке впливає на 300-кілограмовий маховик.

Гірокар П. П. Шиловського (а) і принцип його дії (б)

Такі автомобілі будувалися і пізніше. Можливо, що майбутній махомобіль з супермаховичного «енергетичної капсулою» спроектують теж двоколісним, щоб використовувати відразу обидва чудових властивості супермаховика - здатність накопичувати енергію і зберігати незмінне положення в просторі.

Поділіться на сторінці