Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2002 № 05

Если такими же сенсорами снабдить и футбольный мяч, компьютер получит возможность обеспечить тренера точными данными — кто, когда и какую ошибку на поле совершил. Исправлять их пока приходится вручную, в ходе тренировок. Но, как говорят некоторые футурологи, если вживить футболистам в мозг электронные чипы, то необходимые команды компьютер будет транслировать непосредственно в голову каждому игроку. Команда превратится в этакий компьютеризованный механизм, обыграть который будет практически невозможно.

УЖЕ НЕ УКУСИТ. Австралийский химик Кристофер Харви разработал технологию, которая позволяет наносить репелленты на обычный текстиль. Одежда, изготовленная из такой ткани, не только отпугивает кровососущих насекомых, но даже убивает их на расстоянии. Противомоскитная одежда выдерживает около 50 стирок, не теряя при этом своих защитных свойств.

Знаменитый двигатель Рудольфа Дизеляимел КПД 35 %, почти в три раза выше, чем у других тепловых двигателей. Это обеспечило ему полный успех. За последующие сто лет КПД лучших двигателей внутреннего сгорания постепенно приблизился к 50 %. О дальнейшем его повышении говорят с трудом.

Заметим, что эти цифры относятся к «парадному» режиму работы с постоянной скоростью вращения и нагрузкой. Такое бывает далеко не всегда. Как правило, от двигателя требуется лишь часть его номинальной мощности. И совсем не та скорость вращения, которую ему «хочется» развивать. Приходится подключать редуктор или коробку скоростей. Еще мощность нужно передать к месту потребления. Это делает трансмиссия. Но у них есть свой рабочий режим… Потери растут. Вот и получается, что, когда двигатель внутреннего сгорания должен работать при постоянном изменении мощности и скорости, до потребителя доходит лишь ничтожная часть энергии, содержащаяся в топливе. Так, например, в городском цикле КПД автомобиля на колесе 7 %. В семь раз меньше, чем парадный КПД его двигателя.

Если бы существовал двигатель, который можно подключать непосредственно к колесу, получая от него нужную мощность и крутящий момент при высоком КПД, без применения передач и трансмиссий, то расход топлива на автомобиле уменьшился бы в семь раз. Но возможно ли такое?

Вспомним паровоз. Единственный цилиндр его паровой машины шатуном соединялся с колесами. Сцепления и коробки передач не было и в помине. Простой подачей пара в цилиндр паровозы трогали с места тысячетонные составы. Паровая машина имела способность к саморегулированию, обусловленную природой. На подъеме она автоматически замедляла ход, увеличивая крутящий момент. Происходило это оттого, что клапан дольше оставался открытым и в цилиндр успевало попасть больше пара. На горизонтальном участке паровоз разгонялся. Укорачивалось время открытия клапана, порции пара уменьшались. Но росли обороты, и в итоге росла мощность. Маленькие порции пара получали более полное расширение, и возрастал КПД двигателя. Однако у паровоза он не превышал 14 %. Поэтому его и заменил тепловоз. Система из дизеля, электрогенератора, мотора и шестеренчатой передачи, КПД — 25 %.

А возможен ли двигатель со свойствами паровой машины и экономичностью дизеля?

Да, и не нужно ломать над ним голову. В 1878 году, за пятнадцать лет до получения Дизелем своего патента, Д.Брайтон из Филадельфии построил двигатель, работавший необычным образом (рис. 1).

Рис. 1.Двигатель Брайтонав исполнении Симона.

Воздух сжимался в отдельном цилиндре. Затем он смешивался с топливом и поступал в рабочий цилиндр — цилиндр сгорания. У самого входа в него смесь поджигалась и врывалась струей пламени. Оно горело при постоянном давлении. Объем продуктов сгорания превышал объем воздуха в 3–5 раз. Горение продолжалось до тех пор, пока был открыт клапан. В это время продукты сгорания действовали на поршень с тем давлением, которое создал компрессор. После закрытия клапана газы продолжали толкать поршень, расширяясь под действием внутренней энергии. В итоге совершалась работа, значительно превышавшая работу сжатия.

Брайтон жил в эпоху, когда термодинамика лишь зарождалась. Он не знал о зависимости КПД цикла от давления. Действуя интуитивно, он поднял его до 4,75 атмосферы. Как следует из отчета об испытаниях независимой комиссии профессора Терстона, полная мощность, развиваемая рабочим цилиндром, достигала 8,62 л.с. Из нее 3 л.с. тратилось на сжатие воздуха в компрессоре, 1,62 л.с. терялось на трение в механизме и 4 л.с. составляли полезную мощность. При этом КПД двигателя равнялся 10–12 % на светильном газе и 7,5 % на керосине. (Последнее было связано с применением очень неудачного испарительного карбюратора.)