Конструкторы авто взяли на вооружение идеи Кулибина

Зачем внутри машины крутится волчок, или Почему конструкторы современных гибридных автомобилей берут на вооружение древние идеи легендарного русского изобретателя Кулибина?!

Недавно международный консорциум из трех компаний (Optare, Ricardo и Torotrak) представил прототип необычного гибрида – автобуса под названием Flybus. Интересен он в первую очередь тем, что использует для накопления энергии не аккумулятор и электричество, а вращающийся маховик! Общая схема автобуса традиционна – дизельный мотор --> коробка передач --> привод на заднюю ось. Необычно другое - в коробку "Флайбаса" установили специальный узел отбора/отдачи мощности, который соединен с массивным маховиком. И кинетическая энергия торможения, которая раньше просто рассеивалась в виде тепла на тормозных колодках, теперь раскручивает маховик, накапливая в нем мощность. При разгоне же автоматическая система подключает вращающийся диск к коробке передач, отдавая дополнительную тягу на колеса!

Эффект от маховика нешуточный – такой принцип экономит 20% топлива и на ту же величину снижает выбросы CO, что по меркам современного автоинжиниринга весьма и весьма немало. При этом система достаточно проста и дешева, в отличие от общепринятой гибридной схемы в виде тандема двигателя внутреннего сгорания и электромотора, и ей не нужен дорогостоящий аккумулятор – важнейший элемент любого современного гибрида!

Новая разработка малоэффективна на магистральных грузовиках, которые фактически не тормозят в течение всего рейса длиной в сотни и тысячи километров. При таком ритме движения маховик просто не будет получать подпитку энергией - отдаст всю свою мощность и перестанет вращаться... Но для городского транспорта, работающего в режиме постоянной смены разгона и торможения, система просто идеальна!

ТОТ САМЫЙ КУЛИБИН

Но при чем же тут великий русский изобретатель Иван Петрович Кулибин? А вот при чем! "Новая система автомобильного привода", реализованная во "Флайбасе", вовсе и не новая, как некоторым может показаться. Использовать в качестве двигателя раскрученный диск человечество пытается практически со времен изобретения колеса! И одно из первых транспортных средств, в котором был применен этот принцип, принадлежит уму знаменитого российского изобретателя из Нижнего Новгорода, имя которого давно стало нарицательным, когда речь заходит о техническом креативе.

В 1791 году Кулибин выкатил на питерские улицы свою трехколесную повозку, названную "самокаткой". Два пассажира сидели в кресле, а позади них работал "мотор" - человек, наступающий попеременно на две педали – как в современном тренажере-степпере. С инженерной точки зрения "самокатка" представляла, по сути, подвид велосипеда, но кроме прямого привода от педалей к колесам, она имела еще и маховик, который запасал энергию при езде по ровной дороге и под горку, благодаря чему позволял без усилий со стороны "человеко-мотора" преодолевать подъемы.

ЕСТЬ ЛИ СМЫСЛ?

Но возникает вопрос – если маховиковые накопители энергии известны столь давно, а использование их началось еще в 18 веке – почему же они почти нигде не применяются сегодня? Где машины с маховиками вместо моторов? Почему предприимчивые китайцы не наклепали еще велосипедов по кулибинской схеме, которые сами едут в горку без бензина и электричества? Быть может, не так уж хороша такая система?

Хороша-то она хороша, но дело вот в чем. Чтобы маховик можно было использовать не только для демонстрации опытов по физике, а для реальной полезной работы, чтоб он мог сколь либо заметно участвовать в движении тяжелого автомобиля и т.д, вращающийся диск должен уметь запасать в себе достаточное количество энергии. Легкий или медленно вращающийся маховик пригоден только для движения детских игрушек, а для увеличения мощности нужно либо увеличивать его массу, либо поднимать скорость вращения. А еще лучше - и то, и другое сразу.

Все просто? Да, но такое развитие порождает две проблемы – тяжелый маховик непригоден для применения на транспорте, а увеличение скорости вращения просто... разрывает его центробежной силой на части! В промышленности известны многотонные инерционные накопители энергии, которые разрывало от высоких оборотов – осколки вращающихся дисков пробивали бетонные стены метровой толщины!

НАЗАД В ПРОШЛОЕ?

Но почему же тогда инженеры решили вернуться к использованию столь странной системы на автомобилях? Пусть бы эти маховики использовались в каких-то стационарных агрегатах, на заводах и фабриках – а автотранспорт неплохо развивается и в электрическом направлении, без всяких "волчков"!

Да, со времен Кулибина и практически до начала 21 века использование маховика было ограничено весом и оборотами. Наращивание массы делало маховики непригодными для использования в автомобилях – там, где они в первую очередь интересны. А идти по пути снижения веса и увеличения оборотов было невозможно из-за отсутствия прочных материалов, которые бы выдержали чудовищные центробежные нагрузки...

Однако замкнутый круг был разорван (не самый лучший каламбур, когда речь идет о маховиковых накопителях энергии!) появлением в начале 2000-х годов высокопрочных углеродных волокон, которые позволили сделать маховики, вращающиеся на огромных скоростях. У сверхпрочных маховиков удалось резко поднять скорость вращения и снизить вес - например, маховик того же Flybus весит всего лишь несколько десятков килограммов, но за счет скорости около 60 тысяч оборотов в минуту он с успехом участвует в приведении в движение многотонной махины автобуса!

ВЫСОКООБОРОТНОЕ БУДУЩЕЕ

Ученые считают, что у так называемых "супермаховиков" огромные перспективы. Современные материалы достигли такой прочности, что из них можно делать маховики, вращающиеся со скоростью... ДО ДВУХ МИЛЛИОНОВ ОБОРОТОВ В МИНУТУ! Разумеется, это будет сложнейшая конструкция – бесконтактный подвес вращающегося диска в магнитном поле (обычные подшипники столь высоких оборотов никогда не выдержат!), вакуум в корпусе маховика (чтобы снизить потери на трение о воздух) и т.д. Сложно и дорого – да! Но и возможности – ого-го! Например, такой маховик, весом всего лишь несколько десятков килограмм, сможет непрерывно крутить генератор электромобиля в течение нескольких лет без внешней подпитки энергией, будучи один раз раскрученным на заводе при изготовлении машины!