Школьники изобрели самый мощный двигатель в мире
История создателей самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским — в материале отдела науки.
Технологии неуклонно развиваются. О том, как защитить свою электропроводку, можно читать на сайте интернет-магазина «Электрика Шоп».
Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.
В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком — его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну — занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.
И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,
КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных — порядка 40%.
Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.
Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.
Плюсы двигателя — мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки
Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.
Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов.
Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.
Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.
Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.
Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.
Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.
Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.
Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.
В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.
«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.
Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.
То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.
Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.
Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.
Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит — что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», — добавил Александр.
Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.
«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.
Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.
Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», — поделился размышлениями Николай Школьник.
…Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.
Источник
Читайте ещё: Как производят ракетные, авиационные и наземные двигательные установки
Какой самый большой двигатель в мире?
Какой самый большой двигатель в мире?
Самым большим двигателем в мире является Wärtsilä-Sulzer RTA96 Финской компании, который производится для крупнейших морских судов в мире. Предлагаем вам подборку ТОП-10 самых больших двигателей в мире.
Двигатель это машина по сжиганию топлива, для производства движущий силы. Двигатель преобразует энергию топлива в полезное механическое движение. Есть много типов двигателей, но самые большие двигатели в мире используются в морском судоходстве. Поэтому наша подборка десяти самых крупных двигателей в мире начинается с самого большого силового агрегата Wärtsilä-Sulzer RTA96, мощность которого составляет 107389 л.с.
Но самые мощные и большие двигатели используются не только в судостроительной промышленности, но и в других отраслях таких, как электроэнергетика, космическая отрасль, авиация и т.п.
Но на самом деле, чтобы ответить на вопрос какие самые большие двигатели в мире, необходимо понимать, что для какой-то определенной техники даже не большой размер мотора может оказаться самым большим в мире, хотя по мощности он не будет являться самым сильным в мире. Например, двигатель для мотоцикла объемом 2,6 литра может считаться самым большим в мире. Или двигатель для легкового автомобиля объемом 9 литра.
Так, что смотря с какой стороны оценивать силовые агрегаты, для того чтобы определить, какой мотор самый крупный?
Ознакомьтесь с нашей подборкой «Самых больших двигателей в мире».
1) Самый большой морской двигатель в мире Wärtsilä-Sulzer RTA96
Размеры: Объем – 25480 л., Длина – 26,59 м., Высота — 13,5 м., Вес – 2300 тонн.
Мощность: 107389 л.с.
Это самый большой двигатель в мире, когда-либо построенный человеком. Его вес составляет 2,3млн. килограмм (2300 тонн). Длина двигателя 89 футов (26,59 метров), высота 44 фута (13,5 метров).
Двигатели выпускаются от 6 до 14 цилиндров. Это турбированный двухтактный дизель, работающий на мазуте. Объем 14-ти цилиндрованного мотора составляет 25480 литров. Мощность 107389 л.с.
Расход топлива составляет 13000 литров в час (39 баррелей нефти в час!). Сила крутящего момента 7603850 Н.м. при 102 об/мин. Коленчатый вал весит 300 тонн.
2) Самый большой автомобильный двигатель в мире за все историю легковых автомобилей.
Какой объем: 28,2 л.
Мощность: 300 л.с.
На Автомобиль Fiat Blitzen Benz, произведенный в1911 году оснащался самым большим 4-х цилиндрованным двигателем в мире. Объем силового агрегата составлял 28,2 литра. Мощность 300 л.с. Автомобиль был построен для автогонок. Всего было построено два автомобиля именно с таким большим мотором. Первый автомобиль был куплен Российским князем Борисом Сухановым. После Революции автомобиль попал в Австралию. В 1924 году автомашина попала в серьезную аварию, где была повреждена без возможности восстановления. Второй автомобиль сохранился в собственности компании Фиат. В 1920 году автомобиль был переделан, на который установили другой силовой агрегат меньшего объема.
3) Самый крупный ракетный двигатель SaturnV
Размер и объем: Высота — 5,64 м., Высота в ракетоносители – 110,65 м. (выше статуи Свободы в США)
Мощность: 190,000,000 л.с.
Если вам надо отправиться на луну, то этот Американский однокамерный двигатель самый подходящий для путешествия. Это самый большой силовой агрегат в мире, когда-либо созданный человечеством.
Тяга силы на старте составляла 34500000 Н.м. и мощность 190,000,000 л.с. Двигатель производил столько энергии, которой бы хватило бы на освещение всего Нью-Йорка в течении 75 минут. Эта сила способна отправить на орбиту 130000 кг груза. Двигатель при полете ракеты на лунную орбиту расходовал столько топлива, сколько хватило бы автомобилю объехать весь земной шар 800 раз.
4) Самый большой промышленный газотурбинный двигатель 1750 MWe ARABELLE
Размеры: Вам понадобится атомная электростанция, чтобы установить его.
Мощность: 2,346,788 л.с.
Это самый крупный турбогенератор, который преобразует влажный пар от атомного реактора (находится во Франции) в электроэнергию. Мощность производимой энергии составляет 2,346,788 лошадиных сил. Роторные диски внутри турбогенератора весят 120 тонн.
5) Самый мощный двигатель на железнодорожном локомотиве
Размеры: Длина — 25,5 м.
Мощность: от 4500-8000 л.с.
Union Pacific в 1955 году создали самый мощный ж/д Локомотив в мире. Совокупная мощность турбированных двигателей локомотива составила 8500 л.с., (рекорд для ж/д локомотивов до сих пор не побит). В локомотиве 10 камер сгорания. Вес составляет 410,000 килограмм. Бак для топлива 9500 литров. Локомотив был способен перевозить груз до 12,000 тонн.
6) Самый большой по длине паровоз с паровым двигателем Big Boy
Размеры: Длина 26,1 м.
Мощность: Сила тяги 15290 Н.м.
Union Pacific Railroad 4000-класса. Был построен в период с 1941 по 1944 год. В 1959 году совершил последнюю поездку, в связи с вытеснением паровозов дизельными локомотивами. Сила тяги 15290 Н.м. Максимальная скорость 100 км/час. Пик мощности приходится на скорость 56 км/час. Максимальная тяга достигается на скорости не больше 16 км/час.
7) Самый большой в мире ветряной ротор Siemens SWT-6.0-154
Размер: 154 метров в диаметре.
Мощность: 8046 л.с.
Диаметр ротора 154 метра. Число оборотов до 12 в минуту. Мощность производимой энергии составляет 6500кВт, что примерно соответствует 8046 лошадиным силам. Это самый большой роторный ветряной генератор в мире.
8) Самый большой поршневой авиационный двигатель Lycoming XR-7755
Насколько большой: Объем – 127 литров. Вес – 2740 кг.
Мощность: 5000 л.с.
Всего было произведено два таких 36-цилиндрованного двигателя, которые до сих пор являются самыми большими, когда-либо созданными моторами для самолетов. Двигатель был построен для бомбардировщика Convair B-36.
Объем двигателя составлял 127 литров. Мощность 5000 лошадиных сил при 2600 об. в минуту. Вес двигателя – 2740 кг. Впрыск топлива осуществлялся через карбюратор. Длина чуть больше 3 метра. Диаметр 1,5 метра.
9) Самый большой и мощный автомобильный двигатель в мире, установленный на легковом автомобиле
SRT Viper, VX (выпуск с 2013 по настоящее время).
Объем: 8,4 литра.
Мощность: 649 л.с.
Компания Chrysler Group создала этот необычный автомобиль большим объемом двигателя v10, который составляет 8,4 литра мощностью 649 л.с. (крутящий момент 813 Н.м. при 4950 оборотах в минуту)
Максимальная скорость автомобиля 330 км/час. Разгон с 0-100 км/час всего за 3,3 секунды.
Отметим, что это не максимальный по объему двигатель, установленный на легковую автомашину. Есть еще Chevrolet «572» 9.2 V8, но он уступает Viper по мощности.
10) Самый большой двигатель на серийном мотоцикле
Объем: 2,3 литра
Мощность: 140 л.с.
Многие наверное предполагали, что эта номинация естественно достанется мотоциклам компании Harley Davidson, но увы, это не так.
Самым большим двигателем, установленный на мотоцикл, который выпускается серийно, является 3-х цилиндрованный мотор Triumph Rocket III. На мотоцикле установлен 2,3 литровый двигатель с водяным охлаждением.
Мощность 140 л.с. при 6000 об. в минуту. Сила тяги составляет 200 Н.м. при 2500 оборотах в минуту.
Емкость топливного бака — 24 литра.
Есть еще двигатели устанавливаемые на мотоциклетную технику, которые по объему больше чем силовой агрегат от Triumph Rocket III (например, байкциклы компании Bosshoss), но тем не менее эта номинация отдана компании Triumph Rocket, так как большой двигатель установлен на традиционном мотоцикле, а не на его модификации или мотоциклы , которые подверглись тюнингу (крафт-машины или автобайки).
В ТОП-10 не попал еще один заслуживающий внимание реактивный двигатель. В этот основной список он не попал по причине, что в подборке по возможности представлены все виды двигателей по отраслям. В Топ попал другой самолетный двигатель, который больше по размеру.
Но не смотря на то, что этот двигатель не попал в список самых больших двигателей в мире, он в настоящий момент является самым большим реактивным двигателем на планете.
Авиационный реактивный мотор GE90-115B, которым оснащаются самолеты Боинг серии 777
Размер двигателя: Диаметр — 3,25 м., Длина – 7,49м., Вес – 7550 кг.
Мощность: Сила тяги – 569000 Н.м.
(занесен в книгу Рекордов Гиннеса, как двигатель с самой мощной тягой реактивных авиационных двигателей в мире)
Несмотря на огромный размер, этот двигатель остается самым лучшим в мире по эффективности широкофюзеляжных моторов в самолетостроении.
Конструкция двигателя также удивительна, как и технические характеристики двигателя. Материалы, используемые в двигателе способны выдерживать температуры до 1316 градусов по Цельсию. Этот двигатель экономит во время дальних полетов до 10 процентов топлива по сравнению с другими аналогичными авиационными силовыми агрегатами.
Daimler сделал самый мощный в мире серийный 4-цилиндровый мотор
Германский автоконцерн представил разработанный специалистами подразделения Mercedes-AMG бензиновый двигатель M 139. При двух литрах рабочего объёма он выдаёт максимальную мощность в 421 л.с.!
Тюнинговые ателье и просто гаражные умельцы, конечно, умудряются снимать с двух литров по 500 «лошадей» и более, но к промышленным образцам такие агрегаты отнести нельзя, а двигатель Mercedes-AMG M 139 изделие серийное, если не сказать массовое. Его предшественник с индексом М 133 несколько девальвировал эксклюзивный статус моторов AMG, ведь относительно доступные спорткары с «турбочетвёрками» заказывали все кому не лень – чуть ли не пионеры и школьники, получившие от родителей достаточно количество денег «на мороженое». Но, надо отдать должное упорству специалистов из Аффальтербаха: несмотря на высокую загрузку, они сохранили ручную сборку и принцип «один мастер – один двигатель». И высокоэффективный агрегат M 139 тоже будут снабжать именной табличкой, так что если он откажет, вы будете знать, кому предъявлять претензию.
Новый мотор пропишется поперечно под капотами самых мощных автомобилей, созданных на платформе актуального А-класса, то есть хэтчбеке Mercedes-AMG A 45, седане CLA 45, кроссоверах GLA 45 и GLB 45. По сравнению с предшественником он развёрнут на 180 градусов, так что турбокомпрессор и выпускной коллектор теперь находятся между блоком цилиндров и моторным щитом, а впускной – впереди, рядом с основным радиатором. Второй контур охлаждения ведёт к радиатору, установленному рядом с колёсной аркой. Разработчики утверждают, что таким образом удалось улучшить термодинамические характеристики и облегчить «дыхание» мотора.
Двухпоточный турбокомпрессор снабжён роликовыми подшипниками и способен раскручиваться до 169 000 об/мин. Охлаждается он с помощью масла, воды и воздуха. Вестгейтом (клапаном сброса избыточного давления наддува) управляет электроника. Впрыск теперь комбинированный: 200 бар в камеры сгорания и 6,7 бар во впускной коллектор. Заметим, что VW и BMW уже применяют непосредственный впрыск с давлением 350 бар, а фирма Delphi недавно представила топливную аппаратуру для бензиновых двигателей с давлением 500 бар. Это мы к тому, что есть возможности для дальнейшей форсировки двигателя M 139.
Пока же технические характеристики нового двигателя таковы: в базовой версии с давлением наддува 1,9 бар он выдаёт максимальные 387 л.с. при 6500 об/мин и 480 Нм при 4750-5000 об/мин. У продвинутого исполнения S с давлением наддува 2,1 бар соответствующие показатели составляют 421 л.с. при 6750 об/мин и 500 Нм при 5000-5250 об/мин. Степень сжатия в обоих случаях – 9:1, предельная частота вращения – 7200 об/мин, масса двигателя – 160,5 кг.
Каков ресурс такого мотора? Производитель на сей счёт ничего не говорит, но гарантийный срок агрегат должен откатать. В России это два года без ограничения пробега, а в неофициальных беседах мерседесовские мотористы говорят, что расчётный ресурс всех современных моторов – 250 тысяч км. Моторы-миллионник, которыми когда-то славились Мерседесы, давно ушли в прошлое и никогда не вернутся. Теперь в чести эффективность, в том числе экономическая и экологическая, и она недвусмысленно намекает, что потребителю надо бы менять машины почаще.
10 самых мощных двигателей в мире
Любой двигатель представляет собой специально сконструированный агрегат, в котором сгорает топливо, и за счет этого создается движущая сила. На сегодняшний день существует много разных типов двигателей, и самые мощные из них используются в морских кораблях и ракетах. Подобные разработки присутствуют и в других отраслях промышленности, в том числе мото- и автомобилестроении. Представляем вам подборку из 10-ти самых мощных двигателей в мире.
Вы, наверное, подумали, что самым мощным мотоциклом является знаменитый Harley Davidson? А вот и нет! Двигатель объемом 2.3 л, мощностью в 140 лошадиных сил и водяным охлаждением установлен на мотоцикле марки Triumph Rocket III. При этом модель выпускается серийно, так что у любого желающего есть возможность испытать его.
Концерн Chrysler Group – пока что единственный, кто может похвастаться самым мощным автомобильным двигателем. Именно такой установлен в машине SRT Viper, VX. Объем его движка равняется 8.4 литра, а его мощность составляет 649 лошадиных сил, что обеспечивает разгон до 100 км/ч всего за 3 секунды.
Только представьте, как 5000 лошадок тянут в небо огромный воздушный лайнер. Трудно? А авиационный двигатель Lycoming XR-7755 делает это на раз-два! При объеме в 127 литров агрегат весит 2740 кг. В мире всего 36 таких двигателей, и они являются самыми большими в своем классе.
Чтобы в полной мере использовать энергию ветра и преобразовывать ее в электрическую, был придуман ветряной ротор. А самый большой установлен в Атлантическом порту Нант-Сен-Назер, что во Франции. Диаметр ветрогенератора составляет 154 метра, а его мощность составляет 6500 кВт, что равняется 8046 лошадиным силам. При этом, чтобы лопасти начали крутиться, скорость ветра должна составлять всего 3 м/с.
Не только наши современные ученые и конструкторы могут сделать что-то «самое-самое». В 1941 году был построен паровоз с 26-метровым двигателем, благодаря силе тяги которого (более 6 000 лошадиных сил) максимальная скорость составляла 100 км/ч.
В 1955 году был создан самый мощный железнодорожный локомотив с несколькими турбированными двигателями. Их совокупная мощность равнялась 8500 «лошадкам», и этот локомотивный рекорд до сих пор не побит.
Размеры двухтактного дизельного двигателя с турбонадувом RT-flex96C впечатляют: его длина составляет 13.5 метров, а высота – 26.5. Габаритным показателям не уступает и мощность: она сравняется 108 000 лошадиных сил. Двигатель предназначен для морских судов и только за один час сжигает 6.3 тонны мазута.
Одним из достоинств современных турбодвигателей является сочетание малого веса и колоссальной мощности. Одним из представителей этого класса является двигатель GE90-115B, который устанавливают в авианосцы, развивающие крейсерскую скорость. Вес агрегата достигает 8 тонн при мощности в 330 000 «лошадок».
Чтобы установить и запустить двигатель 1750 MWe ARABELLE, вам понадобится электростанция. Этот агрегат превращает влажный пар в электрическую энергию, и его мощность составляет уже не тысячи, а миллионы лошадиных сил – 2 346 788!
Хотите отправиться в космическое путешествие на Луну? В таком случае без ракетного двигателя SaturnV мощностью 190 000 000 лошадиных сил вам никак не обойтись. Он производит столько энергии, что ее хватило бы на освещение всего Нью-Йорка на протяжении 75 минут. Двигатель сможет доставить на орбиту не только вас, но и более 130 00 килограмм груза. Самые дотошные специалисты подсчитали, что того топлива, которое расходует агрегат, хватит на 800 автомобильных поездок вокруг земного шара.