Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»зо всех лошадиных сил — »стори€ техники

»рик »мамутдинов, јвдей  ирпичников

¬ 1765 году англичанин ƒжеймс ”атт изобрел паровую машину, положив начало длинной цепочке инноваций в двигателестроении. ¬ 1860 году французский механик Ётьен Ћенуар разрабатывает первый поршневой двигатель внутреннего сгорани€. ¬ 1889 году швед  арл √устав ѕатрик Ћаваль, совершенству€ молочный сепаратор, приходит к идее паровой турбины. √резы  онстантина ÷иолковского о межпланетных полетах в начале нашего века стимулируют создание жидкостно-реактивного двигател€. ¬се эти изобретени€, значительно усовершенствованные, в той или иной степени определ€ют сегодн€шний технологический ландшафт человеческой цивилизации.

ѕоршневые, газотурбинные и жидкостно-реактивные двигатели производ€т более 60% всей вырабатываемой человечеством энергии. Ќесмотр€ на многочисленные альтернативные варианты вроде атомных реакторов, топливных элементов, солнечных батарей и проч., львина€ дол€ полезной работы производитс€ установками, в основе которых лежат идеи столетней давности. ѕроизводители двигателей в целом скептически относ€тс€ к возможности радикально изменить технологии. ѕоэтому, когда в редакцию пришел очередной изобретатель, увер€вший, что он совершил революцию в мировом двигателестроении, нам ничего не оставалось, как пр€тать иронические улыбки. ¬прочем, когда вы€снилось, что новой разработкой интересуютс€ такие серьезные компании, как Ђƒаймлер- райслерї, Ђћанї и некоторые российские инвесторы из высшей лиги среднего бизнеса, мы решили провести экспертный опрос на предмет целесообразности инвестиций в доводку этого изобретени€ до серийного выпуска. ќказалось, что Ђочередной изобретательї не сумасшедший и даже не мечтатель. Ѕывший вэпэкашный инженер ћихаил  узнецов разработал установку Ђѕерунї, котора€ на €зыке специалистов называетс€ объемно-струйным двигателем (ƒќ—). ѕредлагаема€ им инноваци€, объединивша€ существенные черты своих двигателей-предшественников Ц поршневого внутреннего сгорани€, газотурбинного и жидкостно-реактивного, вполне закономерный шаг в ходе развити€ двигателестроени€ (cм. также Ђƒвигатель работаетї книги Ђ√рюндеры и грюндерствої, гл. 16).

ќт машины до ракеты

ѕока поршневые двигатели внутреннего сгорани€ (ƒ¬—) остаютс€ самым распространенным классом тепловых машин. «а год в мире их выпускают более 40 млн. ќни используютс€ в большинстве транспортных средств и реже Ц в энергоустановках. »нтересно, что все основные детали, из которых этот двигатель состоит Ц цилиндр, поршень, свечи зажигани€, существовали уже в ленуаровском варианте.  онечно, современный поршневой ƒ¬— с эффективным  ѕƒ, достигающим в дизельных моторах 50%, существенно отличаетс€ от своего прародител€, который жег 95% топлива вхолостую, но в целом принцип работы осталс€ тем же.

ѕреимущество поршневых ƒ¬— в том, что они обеспечивают большой крут€щий момент при различных скорост€х вращени€ мотора и различных режимах съема с него мощности. Ќо у этих установок низкий показатель выхода мощности на единицу веса Ц 0,8 кг/к¬т, относительно низкий эффективный  ѕƒ Ц около 30%, а удельный эффективный расход топлива составл€ет в среднем около 250 г/к¬тЈч. Ќесмотр€ на все ухищрени€ конструкторов, эти двигатели остаютс€ одними из основных загр€знителей окружающей среды: топливо полностью в цилиндре не сгорает, и этот недостаток не ликвидируетс€ ни за счет компьютерного управлени€ созданием и впрыском топливной смеси, ни за счет дожигани€ выхлопных газов.

≈ще один распространенный тип ƒ¬— Ц газотурбинные двигатели (√“ƒ). —тру€ пара или продуктов горени€ топлива истекает из сопла на лопасти турбины, вызыва€ ее вращение;  ѕƒ таких двигателей достигает 90%. ќднако значительную часть (до 60%) вырабатываемой механической энергии приходитс€ расходовать на привод компрессора, который сжимает поток воздуха, поступающего в камеру сгорани€ дл€ ее же охлаждени€ и дл€ увеличени€ полноты сгорани€ топлива.   примеру, автомобильный √“ƒ Ђ–оверї развивает около 265 к¬т мощности, а ее эффективна€ составл€юща€ в три раза меньше Ц около 90 к¬т. ¬ысок в таких двигател€х и удельный эффективный расход топлива: 300...400 г/к¬тЈч.   тому же, чем меньше турбина, тем она оборотистее, а значит, нужна более громоздка€ система редукторов. “ак, в двигателе мощностью 40 к¬т турбина раскручиваетс€ со скоростью 60 тыс. оборотов в минуту. —оответственно, изготовление √“ƒ экономически невыгодно, если его мощность составл€ет менее 110 к¬т. Ёто ограничивает область применени€ √“ƒ, и они крайне редко используютс€ в качестве, например, автомобильных моторов. — другой стороны, они незаменимы в стационарной энергетике и авиации, где необходимо производство таких мощностей, получение которых на поршневых силовых устройствах было бы экономически нецелесообразным.

≈сли считать  ѕƒ главным критерием определени€ эффективности двигателей, то дальше создани€ жидкостных реактивных двигател€х (∆–ƒ) идти было уже некуда. “опливо сгорает в камере полностью при температурах в тыс€чи градусов. Ёто обеспечивает максимальный  ѕƒ при самом чистом выхлопе рабочего тела, создающего реактивную т€гу. Ќо по р€ду причин Ц высока€ температура выхлопных газов, крайне низкий ресурс самого двигател€ и, главное, экономическа€ нецелесообразность использовани€ при небольших мощност€х Ц сфера их применени€ ограничиваетс€ ракетно-космической техникой.

Ђѕерунї бросает вызов

—праведливости ради стоит отметить, что перва€ попытка улучшить характеристики двигател€ внутреннего сгорани€ за счет кардинального изменени€ одного из основных элементов Ц поршн€ Ц была предприн€та задолго до изобретени€  узнецова. ‘еликс ¬анкель еще в 1936 году получил патент на роторную силовую установку (первый автомобиль с таким мотором сошел с конвейера в 1963 году), в которой уже не было возвратно-поступательного движени€ поршн€. ≈го мощность оказывалась равной мощности поршневого мотора с вдвое большим рабочим объемом. ¬озможность создани€ мощного, но легкого и малогабаритного двигател€ вызвала огромный интерес со стороны автомобилестроителей, дес€тками сто€вших в очереди за покупкой лицензии на его производство (кстати, одним из последних отметилс€ там и ¬ј«). Ќо конструкторы, по большому счету, так и не смогли уменьшить удельный расход топлива, а ресурс работы двигател€ оставалс€ крайне низким, поэтому большого распространени€ он не получил.

ѕосле этого были попытки (в середине 50-х их предприн€ли американские инженеры, а в 70-х Ц €понские) разработать принципиальную схему сферической роторной машины (—–ћ), совмещавшей принципы работы поршневого и газотурбинного двигателей. Ќо особым успехом они не увенчались.

¬скоре после августа 1998 года потер€вший работу ћихаил  узнецов решил зан€тьс€ воплощением идеи, почерпнутой им из публикации в журнале Ђ“ехника Ц молодежиї 35-летней давности. »менно там тогдашний студент авиационного техникума впервые увидел схему объемной сферической роторной машины. ¬ марте 1999 года изобретение было зарегистрировано –оссийским агентством по патентам и товарным знакам, а московский ћеждународный институт промышленной собственности оценил интеллектуальную собственность  узнецова в 5,64 млн долларов.

 узнецов нашел простое и красивое решение: вынес камеру сгорани€, работающую по принципу ∆–ƒ, за пределы —–ћ. Ёто значительно повышало ресурс работы двигател€. ѕрофессор ћј», заведующий кафедрой теории авиационных двигателей ¬алентин –ыбаков видит в этом одно из главных преимуществ нового устройства: Ђќтдельна€ камера сгорани€ позвол€ет использовать все преимущества жидкостно-реактивных и газотурбинных двигателейї. ћожно достичь высоких Ц до 2900 градусов по ÷ельсию Ц температур рабочего тела, при этом топливо будет выгорать полностью.   тому же, по мнению профессора, Ђтакое решение даст возможность совершенствовать камеру сгорани€ отдельно от других составл€ющих двигател€, что, безусловно, важно, когда проект начнет реализовыватьс€ практическиї.

–оторный узел образует в полости корпуса —–ћ два расширительных контура.  аждый из них состоит из двух камер переменного объема. «а один оборот все они совершают полный рабочий цикл (сжатие и расширение). —мена рабочих циклов происходит автоматически за счет перекрыти€ впускных и выпускных каналов ротора.

ѕри использовании в двигателе одной —–ћ один контур работает в качестве двигател€, а камеры второго контура Ц в качестве компрессора, задача которого подавать сжатый воздух в камеру сгорани€. ≈ще одна изюминка изобретени€  узнецова состоит в том, что возможны варианты, в которых можно использовать одновременно несколько роторных машин в одном двигателе. ѕростое увеличение их числа позволит управл€ть Ђлитровой мощностьюї всей установки. —кажем, в самолете все силовые компоненты двигател€ будут включатьс€ при взлете, а при крейсерском режиме часть из них можно вывести в режим ожидани€. Ёто существенно увеличивает надежность и ресурс двигательной установки в целом, что особенно важно в авиации.

ѕрофессор “ехнического университета имени Ѕаумана, заведующий кафедрой поршневых и комбинированных двигательных установок Ќиколай »ващенко отмечает, что Ђѕерунї особенно привлекателен дл€ малой авиации. —отрудники его кафедры провели расчет математической модели двигател€, который подтвердил его работоспособность. Ѕауманские двигателисты доказали, что Ђѕерунї обладает низким удельным весом на единицу эффективной мощности и, соответственно, небольшими габаритами.  стати, по расчетам специалистов, если такой двигатель поместить в объемы существующего моторного отсека современного танка, то его мощность увеличитс€ в п€ть раз Ц с 2 тыс. до 10 тыс. к¬т.

¬алентин –ыбаков отметил, что роторна€ машина в двигателе  узнецова при сопоставимых с газотурбинными устройствами мощност€х совершает значительно меньшее число оборотов (40-киловаттный √“ƒ вращаетс€ со скоростью 60 тыс. оборотов в минуту, а —–ћ достигает той же мощности при 12 тыс. оборотов в минуту), что упрощает редукционный механизм. ѕрофессионалы особо подчеркивают следующие преимущества изобретени€: отсутствие возвратного механизма, высокий механический  ѕƒ и возможность использовани€ установки в качестве компрессора или гидронасоса.

≈стественно, не все технические проблемы решены: велики потери при перетекании продуктов сжигани€ топлива из камеры в камеру, дорого обходитс€ необходимость точнейшей обработки деталей —–ћ, прочность конструкции ротора при высоких оборотах вызывает сомнени€. Ќо, как говорит Ќиколай »ващенко, Ђслишком много вопросов Ц характерна€ черта всего новогої. ј ¬алентин –ыбаков уверен, что технические вопросы можно было бы решить, если бы дело дошло до стендовых испытаний хот€ бы одного опытного образца. — этим как раз и случилась загвоздка. ¬о-первых, внедрение инновации такого уровн€ требует больших инвестиций и времени. —ам  узнецов утверждает, что дл€ доведени€ его проекта до ума понадобитс€ семь-дес€ть лет и не менее 100...200 млн долларов. ѕервый этап Ц проектный Ц может зан€ть полтора года и стоить около 100 тыс. долларов. —ледующий шаг Ц производство нескольких работающих образцов Ц займет не менее года. »х испытани€ должны внести коррективы в расчеты конструкторов и, соответственно, стать основой дл€ дальнейшего производства. ќбойдетс€ это не менее чем в миллион долларов. «атем, если двигатель действительно покажет хорошие характеристики, последуют затраты другого пор€дка Ц на вывод продукта в серийное производство.

ј во-вторых, Ђѕерунї бросает серьезный вызов традиционному двигателестроению. јвиационные, автомобильные и энергостроительные концерны потратили уже немало денег на доводку старых идей, дл€ них это слишком радикальный способ повысить конкурентоспособность своей продукции. ћожет быть, поэтому переговоры с потенциальными инвесторами пока так ни к чему и не привели.

—писок литературы

ƒл€ подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.n-t.org.ru

»рик »мамутдинов, јвдей  ирпичников ¬ 1765 году англичанин ƒжеймс ”атт изобрел паровую машину, положив начало длинной цепочке инноваций в двигателестроении. ¬ 1860 году французский механик Ётьен Ћенуар разрабатывает первый поршневой двигатель в

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный –еферат находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный –еферат по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru