От машины до ракеты
Пока поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) остаются самым распространенным классом тепловых машин. За год в мире их выпускают более 40 млн. Они используются в большинстве транспортных средств и реже – в энергоустановках. Интересно, что все основные детали, из которых этот двигатель состоит – цилиндр, поршень, свечи зажигания, существовали уже в ленуаровском варианте. Конечно, современный поршневой ДВС с эффективным КПД, достигающим в дизельных моторах 50%, существенно отличается от своего прародителя, который жег 95% топлива вхолостую, но в целом принцип работы остался тем же.
Преимущество поршневых ДВС в том, что они обеспечивают большой крутящий момент при различных скоростях вращения мотора и различных режимах съема с него мощности. Но у этих установок низкий показатель выхода мощности на единицу веса – 0,8 кг/кВт, относительно низкий эффективный КПД – около 30%, а удельный эффективный расход топлива составляет в среднем около 250 г/кВт·ч. Несмотря на все ухищрения конструкторов, эти двигатели остаются одними из основных загрязнителей окружающей среды: топливо полностью в цилиндре не сгорает, и этот недостаток не ликвидируется ни за счет компьютерного управления созданием и впрыском топливной смеси, ни за счет дожигания выхлопных газов.
Еще один распространенный тип ДВС – газотурбинные двигатели (ГТД). Струя пара или продуктов горения топлива истекает из сопла на лопасти турбины, вызывая ее вращение; КПД таких двигателей достигает 90%. Однако значительную часть (до 60%) вырабатываемой механической энергии приходится расходовать на привод компрессора, который сжимает поток воздуха, поступающего в камеру сгорания для ее же охлаждения и для увеличения полноты сгорания топлива. К примеру, автомобильный ГТД «Ровер» развивает около 265 кВт мощности, а ее эффективная составляющая в три раза меньше – около 90 кВт. Высок в таких двигателях и удельный эффективный расход топлива: 300 .400 г/кВт·ч. К тому же, чем меньше турбина, тем она оборотистее, а значит, нужна более громоздкая система редукторов. Так, в двигателе мощностью 40 кВт турбина раскручивается со скоростью 60 тыс. оборотов в минуту. Соответственно, изготовление ГТД экономически невыгодно, если его мощность составляет менее 110 кВт. Это ограничивает область применения ГТД, и они крайне редко используются в качестве, например, автомобильных моторов. С другой стороны, они незаменимы в стационарной энергетике и авиации, где необходимо производство таких мощностей, получение которых на поршневых силовых устройствах было бы экономически нецелесообразным.
Если считать КПД главным критерием определения эффективности двигателей, то дальше создания жидкостных реактивных двигателях (ЖРД) идти было уже некуда. Топливо сгорает в камере полностью при температурах в тысячи градусов. Это обеспечивает максимальный КПД при самом чистом выхлопе рабочего тела, создающего реактивную тягу. Но по ряду причин – высокая температура выхлопных газов, крайне низкий ресурс самого двигателя и, главное, экономическая нецелесообразность использования при небольших мощностях – сфера их применения ограничивается ракетно-космической техникой.
Немного больше о технологиях >>>
Классификация изобретений и НТП
"Экономична мудрость бытия, все новое в
нем шьется из старья". В.Шекспир
В шестом веке до нашей эры в древнегреческой
колонии Сибарис — крупном по тем временам торговом центре, жители которого
славились любовью к роскоши, — существовал обычай, по которому повар,
пр ...
Причинность и взаимодействие в физике
Раскрытие
содержания и конкретизация понятий должны опираться на ту или иную конкретную
модель взаимной связи понятий. Модель, объективно отражая определенную сторону
связи, имеет границы применимости, за пределами которых ее использование ведет
к ложным выводам, но в границах ...
