Современный двигатель стирлинга

Моторы Стирлинга, их применение в конце 20 века

В конце 20-го века двигатели Стирлинга снова вернулись. Оба НАСА, Государственный департамент США и Европейский союз инвестировали в исследования новых поколений двигателей Стирлинга. Они были в основном предназначены для солнечных систем (т. Е. Источник тепла должен был быть солнечным светом, сфокусированным на обогревателе двигателя большим параболическим зеркалом). Многие из этих двигателей имели неровный дизайн.


Пример проекта двигателя Стирлинга, предложенного г-ном Мацей Жукашем в соответствии с патентом P.389415 . Проект выполнен в рамках магистерской работы на факультете SiMR в Варшавском технологическом университете (руководитель: проф. Вяслав Остапски, PhD, Eng.

Идея этой идеи заключалась в том, что весь двигатель с электрическим генератором должен быть запечатан в герметичном (для гелиевого) несъемного корпуса, считая, что он не может использоваться на протяжении всего срока его службы. Однако на этот раз технология не удалась. Если были получены положительные результаты, они были связаны со слишком высокими издержками. Наилучшим образом, самые распространенные двигатели Стирлинга в двадцатом веке остались в Индии настольные вентиляторы, конструктивно похожие на вышеупомянутые насосы для аквариума…

Одной из последних идей использования двигателей Стирлинга было «спуск с параметров». То есть нашли применение для двигателей с низкими характеристиками и существенно более низкой эффективностью, чем двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Примерно в начале XXI века с помощью двигателей Стирлинга была обнаружена идея восстановления энергии, утраченной в процессах нагрева, таких как «дымоход» с дымовым газом из СО-печей. Однако экономический расчет по-прежнему был против использования таких решений в больших масштабах.


Конечно, несмотря на все технологические проблемы, двигатели Стирлинга производятся и используются. Однако это очень специфические приложения, которые позволяют оправдать высокие производственные и / или эксплуатационные расходы. В дополнение к военным применениям примерами являются энергетические системы, работающие на биогазе, восстановленном на полигонах. Яднак таких двигателей по-прежнему остается большой «экзотикой» в мире технологий, и, вероятно, большинство читателей этого текста никогда не встретит такой движок…

Гиперзвуковой ПВРД

Основная статья: Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Экспериментальный гиперзвуковой летательный аппарат X-43 (рисунок художника)

Иллюстрация газодинамических процессов в плоском ГПВРД с соплом Сжатие воздуха происходит в двух скачках уплотнения: внешнем, образованным у носового окончания аппарата, и внутреннем — у передней кромки нижней стенки двигателя. Оба скачка — косые, и скорость потока остаётся сверхзвуковой.

Гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД, англоязычный термин — scramjet) называется ПВРД, работающий на скоростях полёта свыше М = 5 (верхний предел точно не устанавливается).

На начало XXI века этот тип двигателя является экспериментальным: не существует ни одного образца, прошедшего лётные испытания, подтвердившие практическую целесообразность его серийного производства.

Торможение потока воздуха во входном устройстве ГПВРД происходит лишь частично, так что на протяжении всего остального тракта движение рабочего тела остаётся сверхзвуковым. При этом бо́льшая часть исходной кинетической энергии потока сохраняется, а температура после сжатия относительно низка, что позволяет сообщить рабочему телу значительное количество тепла. Проточная часть ГПВРД расширяется на всём её протяжении после входного устройства. Горючее вводится в сверхзвуковой поток со стенок проточной части двигателя. За счёт сжигания горючего в сверхзвуковом потоке рабочее тело нагревается, расширяется и ускоряется, так что скорость его истечения превышает скорость полёта.

Двигатель предназначен для полётов в стратосфере. Возможное назначение летательного аппарата с ГПВРД — низшая ступень многоразового носителя космических аппаратов.

Организация горения топлива в сверхзвуковом потоке составляет одну из главных проблем создания ГПВРД.

Существует несколько программ разработок ГПВРД в разных странах, все — в стадии теоретических изысканий или предпроектных экспериментов.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на легковых автомобилях.


Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Примечания

  1. . www.cogeneration.com.ua. Дата обращения 23 февраля 2020.
  2. . techautoport.ru. Дата обращения 15 января 2020.
  3. . vdvizhke.ru. Дата обращения 15 июля 2019.
  4. . Дата обращения 25 июля 2019.
  5. . Studref. Дата обращения 25 июля 2019.
  6. . docs.cntd.ru. Дата обращения 30 июля 2019.
  7. . docs.cntd.ru. Дата обращения 15 января 2020.
  8. . auto-gl.ru. Дата обращения 15 января 2020.
  9. . wiki.zr.ru. Дата обращения 11 февраля 2020.
  10. . stroy-technics.ru. Дата обращения 11 февраля 2020.
  11. ↑ . www.science-education.ru. Дата обращения 11 февраля 2020.
  12. . www.korabel.ru. Дата обращения 11 февраля 2020.
  13. . mash-xxl.info. Дата обращения 11 февраля 2020.
  14. . mash-xxl.info. Дата обращения 11 февраля 2020.
  15. Хиллиард Д., Спринглер Дж. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. — Москва: Машиностроение, 1988. — С. 209—268. — 509 с.
  16. Хиллиард Д., Спринглер Дж. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. — Москва: Машиностроение, 1988. — С. 252—268. — 509 с.
  17. . Дата обращения 25 июля 2019.

Check your privilege, землянин

Проблема выявления самых перспективных мест для поисков жизни в том, что пока у нас мало данных, позволяющих выделить среди планет-кандидатов наиболее вероятных носителей жизни. Сама по себе концепция «зоны обитаемости» тут не самый лучший помощник. В ней пригодными для жизни считаются те планеты, что получают от своей звезды достаточное количество энергии, чтобы поддерживать жидкие водоемы хотя бы на части своей поверхности. В Солнечной системе и Марс, и Земля — в зоне обитаемости, но на первом сложной жизни на поверхности как-то незаметно.

В основном потому, что это совсем не такой мир, как Земля, с принципиально иной атмосферой и гидросферой. Линейное представление в стиле «планета-океан — это Земля, но только покрытая водой» может ввести нас в такое же заблуждение, что в начале XX века существовало относительно пригодности Марса к жизни. Реальные океаниды могут резко отличаться от нашей планеты — иметь совсем другую атмосферу, иные механизмы стабилизации климата и даже иные механизмы снабжения морских растений углекислым газом.

Детальное понимание того, как на самом деле устроены водные миры, позволяет заранее понять, какой будет зона обитаемости для них, и тем самым быстрее подойти к детальным наблюдениям таких планет в «Джеймс Уэбб» и другие перспективные крупные телескопы.

Подводя итоги, нельзя не признать, что до самого недавнего времени наши представления о том, какие миры действительно обитаемы, а какие — нет, чересчур страдали от антропоцентризма и геоцентризма. И, как теперь выясняется, от «сушецентризма» — мнения, что если мы сами возникли на суше, то она является самым важным местом в развитии жизни, причем не только на нашей планете, но и у других солнц. Быть может, наблюдения ближайших лет не оставят и камня на камне от этой точки зрения.


 Александр Березин

Заключение

Мы процитировали выше упрощенную историческую схему тенденций проектирования двигателей Стирлинга. Конечно, мы опустили множество проектов как энтузиастов, так и тех, которые были разработаны в «серьезных» исследовательских проектах (например, машины с жидкими поршнями – «жидкость», термоакустические двигатели и т.д.). Это не меняет того факта, что инженеры и ученые пытались построить эффективный и надежный двигатель Стирлинга почти 200 лет. Практически каждое последующее поколение инженеров пытается решить проблемы этих двигателей, надеясь, что это обеспечит технический прогресс, который произошел в предыдущие 20-25 лет. К сожалению, усилия по-прежнему неэффективны. Я должен признать, что, по-видимому, мое поколение также пыталось это сделать, а также потерпело неудачу. Однако мы глубоко убеждены в том, что

Совсем другое дело, что каждое поколение инженеров начинает свою деятельность почти с самого начала, на практике имея очень сложный доступ к документации ранее выполненных работ… но это снова тема для совершенно другого случая.

Модель двигателя Стирлинга в бета-системе, разработанной и сделанной г-ном Рафалом Ходорковским в рамках инженерных работ на факультете SiMR в Варшавском технологическом университете (руководитель: Мачей Тулодзекский, PhD). Длина двигателя: около 35 см.


С этим читают