реклама
Каждая движущаяся часть двигателя военной техники представляет собой сложный механизм. Это усложняет конструкцию техники, требует больше места, повышает подверженность износу и делает машину более шумной.
реклама
Недавно китайские исследователи достигли прорыва в создании генератора, который преобразует тепло в электрическую энергию с помощью очень небольшого количества движущихся частей. Технология может обеспечить чрезвычайно тихий двигатель подводных лодок, а также может быть использовано в космических миссиях. Стали известны подробности революционной технологии.
Был построен термоакустический двигатель Стирлинга, мощность которого впервые превысила отметку в 100 киловатт. Двигатель преобразовывал источник тепла с температурой 530°C в электроэнергию мощностью 102 киловатта (140 л.с.).
В термоакустике тепловая энергия, то есть тепло, преобразуется в энергию вибрации. Она принимает форму звуковых волн. По мнению исследователей, эта система работает без каких-либо движущихся частей.
Звуковые волны, генерируемые теплом, образуют стабильное звуковое поле. Звуковые волны в нем приводят в движение поршень, который вырабатывает электричество. Также было принято решение использовать как можно меньше движущихся частей. Фактический линейный двигатель состоит только из поршня, магнитов и катушек.
Термоакустический двигатель Стирлинга имеет длину 2 метра и высоту 0,63 метра. Двигатель Стирлинга содержит сильно сжатый гелий. В отличие от других двигателей, он там не сгорает, а остается внутри.
Коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую в настоящее время составляет 28%. Если бы температура источника тепла была увеличена до 600°C, можно было бы достичь 34%.
Термоакустический двигатель Стирлинга можно сделать более компактным и линейным в отличие от обычного двигателя Стирлинга. Из-за меньшей потребности в деталях происходит меньший износ, а также двигатель дешевле в производстве. НАСА исследовало и даже запатентовало такой двигатель в рамках проекта LEW-TOPS-80, но еще не построило функциональный прототип.
Общим преимуществом двигателя Стирлинга является то, что он может работать с любым источником тепла. Помимо ископаемого топлива, он также может генерировать электроэнергию, используя концентрированную солнечную энергию или сжигая остатки древесины и т.п.
То же самое относится и к термоакустическому двигателю Стирлинга. Благодаря своей линейной конструкции он может генерировать больше электроэнергии, занимая при этом меньше места. Теоретически его можно было бы использовать и на атомных электростанциях и заменить там привычные паровые турбины. Для этого применения термоакустические двигатели Стирлинга должны быть намного мощнее.
Уже есть линейные двигатели Стирлинга без термоакустики. Они основаны на беспоршневой конструкции. Однако их мощность обычно составляет менее 10 киловатт, что далеко от 102 киловатт, которых китайские исследователи смогли достичь с помощью своего термоакустического двигателя Стирлинга.
Высокая производительность при низких производственных затратах, низкий износ и небольшие требования к пространству делают термоакустический двигатель Стирлинга также интересным для военного применения. Китай исследует несколько концепций силовой установки, чтобы сделать подводные лодки максимально тихими.
Поскольку термоакустический двигатель Стирлинга вырабатывает электроэнергию практически без шума и вибрации (несмотря на использование звуковых волн), он идеально подходит для снабжения электроэнергией электроприводов подводных лодок.
Швеция использует обычный двигатель Стирлинга для субмарин класса Gotland («Готланд»). Необходимое тепло генерируется путем сжигания дизельного топлива вместе с чистым кислородом. Технология уже зарекомендовала себя. Благодаря термоакустическому двигателю Стирлинга даже более крупные подводные лодки могли бы снабжаться достаточной энергией. Класс «Готланд» довольно компактен: длина — 60 метров, экипаж — 25 человек. Это подводная лодка, на борту которой нет крылатых ракет.
Термоакустический двигатель Стирлинга также может использоваться для выработки энергии на космических кораблях. Тепло, возникающее в результате распада радиоактивного материала, может быть преобразовано в звуковые волны, а затем двигатель сможет генерировать необходимую электрическую энергию.
Многие спутники используют электрическую тягу. НАСА и другие космические организации исследуют более мощные электроприводы, которые в сочетании с ядерным материалом могут быть использованы в пилотируемых космических кораблях в будущем.