Альтернативные двигатели: на чем работали автомобили без бензина
Прежде чем бензин и дизтопливо стали доминирующим горючим на транспорте, человечество опробовало несколько других типов двигателей. Авто 24 вспомнил те из них, которые работали без нефтепродуктов. И нашёл несколько вполне реальных вариантов для наших дней.
Хотим обратить внимание, что в нашу подборку попали не только архаические силовые агрегаты столетнего возраста, но и более свежие конструкции, основанные на более-менее современных технологиях. То есть можно предположить, что несостоятельность некоторых альтернативных моторов на самом деле не так уж реальна.
Человечество не сразу ясно, что массовый автомобиль должен иметь бензиновый ДВС. Одной из реальных альтернатив в начале ХХ ст. считался паромобиль.
Паровые автомобили
Да, энергией пара приводились в движение не только пароходы и паровозы. Автомобиль с паровым котлом заправляли углем, дровами, спиртом или… керосином или бензином. Ездили такие машины быстро (200 км/ч – не предел) и безотказно, поскольку имели несложную конструкцию по сравнению с ДВС. Использовали паровые авто до середины ХХ века, в первую очередь благодаря таким плюсам как простая трансмиссия и неприхотливость к качеству горючего.
Но, в конце концов, паровики ушли в отставку не из-за неудовлетворительных эксплуатационных характеристик, а из-за некомфортности использования: значительной паузы перед стартом двигателя, большого расхода воды и необходимости часто чистить колосники. В условиях дефицита бензина этим недостаткам можно было бы уступить, но развернуть выпуск паровых машин сегодня вряд ли сможет любое предприятие.
Лучшие паровые автомобили с успехом конкурировали с машинами с двигателями внутреннего сгорания. Но такие паровики потребляли уже не дрова, а керосин.
Электрический привод
Более ста лет назад, на заре автомобилизации электромобили давали большую фору хрупким тележкам с бензиновыми моторчиками. Но в 1910-20-е годы электромобили таки окончательно проиграли бензиновым из-за изъянов батарей. Эта же причина препятствует массовому распространению «электричек» и сегодня, тем более что современные аккумуляторы еще и безбожно дороги.
Может показаться странным, но в начале ХХ ст. электромобили практически на равных конкурировали с бензиновыми машинами – почти как в наши дни.
Относительно нынешней военной ситуации можно отметить, что при большом желании можно сконструировать – даже сами! – электротранспорт не на модных литий-ионных батареях, а на более доступных свинцово-кислотных, подобных обычным стартерным АКБ от бензиновых и дизельных автомобилей.
Супермаховик
С транспортными средствами с маховичным двигателем много экспериментировали в 1980-е. Элементарная по конструкции система предусматривает накопление энергии на борту авто в маховике – массивном диске, который предварительно следует раскрутить до высоких оборотов (до десятков тысяч в минуту). Благодаря особым магнитным подшипникам маховик довольно долго сохраняет кинетическую энергию, которая через механическую или электрическую трансмиссию передается ведущим колесам.
Маховический транспорт использует энергию, накопленную не в батарее, а в вращающемся с большой скоростью массивном маховике. Привод к колесам может быть разным
Но широкое практическое распространение махомобили не получили, в первую очередь из-за малого запаса хода и нужды в особой инфраструктуре для «заправки». Хотя в других видах транспорта (например, в космосе) и промышленности маховики применяются.
Этот локомотив подзаряжал свой маховик в течение 2,5 минуты, а затем мог тянуть вагонетки в течение 30 минут.
Пневмодвигатели
Двигатель пневмокара приводится в действие сжатым воздухом, закачанным в баллоны на борту автомобиля. Для заправки воздухомобиля достаточно обычного компрессора. Этот мотор прост конструктивно, но главная проблема таких машин – небольшой, от нескольких десятков до двух сот километров, запас хода. Который лимитируется количеством и весом баллонов для сжатого воздуха.
Однако есть ограниченные локации, где спецмашины с пневмодвигателями успешно используются. Кроме того, в небольшом количестве в Индии выпускались и эксплуатируются компактные легковые автомобили на сжатом воздухе – компания Tata готовила их выпуск несколько лет.
Индийские пневмомобили Tata Minicat и Citycat проезжают 200 км на одной заправке воздухом. Компрессор встроен, есть версия с дополнительным бензиновым мотором – для дальних поездок.
Педальный привод
Фактически это велосипед с кабиной, закрывающей водителя и единственного пассажира от непогоды и гарантирующего удобную посадку в креслах. Кроме того, именно сиденья со спинками обеспечивают более выгодное использование энергии человеческих мышц. Промышленное производство этого транспорта ориентировано в первую очередь на развлекательную отрасль, но многие энтузиасты по всему миру мастерят себе веломобили для ежедневных поездок. Чаще всего для этого достаточно иметь один-два велосипеда, умелые руки и небольшой запас общедоступных материалов.
Современные веломобили, кроме педалей, имеют электропривод. В зависимости от модели запах хода достигает 50 – 100 км, цена в районе 3 – 4 тыс. евро.
Современные технологии в виде недорогого комплекта велосипедного электропривода позволяют превратить педикар в гибрид, который едет и на мускульной силе, и на электротяге. Единственная серьезная проблема, ожидающая самодеятельного создателя веломобиля – эстетически выдержанное исполнение кузова.
Газогенератор
В трудные времена во многих странах мира обычные автомобили переводили на работу на генераторном газе. Причем газ этот генерировался непосредственно на борту автомобиля или на тянущемся сзади прицепе. Суть газгена проста: дрова или уголь, горящие в сосуде особой формы, выделяют горючий газ, который подается в двигатель вместо бензина.
Во многих странах в трудные времена автомобили и автобусы массово переводили на дрова. Фото сделано в Швеции в 1940 году.
Определенные неудобства водитель при этом испытывает: заправки каждые 100 км, падение мощности, необходимость очищать топку и колоть дрова для «заправки». Но десятки тысяч французов, немцев, испанцев, британцев, португальцев и наших соотечественников благодаря газгенам во время Второй Мировой войны получали возможность ездить по своим делам в условиях дефицита бензина.
Хочешь кататься на дровах или угле вместо бензина – должен научиться вычищать топку и заправлять ее топливом.
В конструкции газогенератора нет ничего сложного, поэтому их можно производить не только на любом заводе, но и в колхозной мастерской. В Украине успешно работает несколько удачно реализуемых проектов автомобилей с газогенераторным оборудованием – но не промышленных, а самодельных.
Рекомендация “Авто 24”
Как видим, вполне автономных проектов среди отобранных нами «небензиновых» машин немного. Большинство из них требует создания определенной инфраструктуры для более или менее беспроблемной эксплуатации или как минимум требует от эксплуатанта больших хлопот и усилий. Однако, в конце концов, будем надеяться, что проблемы с нефтяным горючим не будут длительными, и скоро бензин и дизтопливо вернутся на АЗС, а мы вернемся к своему привычному автомобильному образу жизни.
Представлен прототип реактивного двигателя, не нуждающегося в топливе
Физики из Уханя продемонстрировали прототип двигателя, который создает реактивную струю непосредственно из воздуха, за счет одного лишь электричества, – и не нуждается в сжигании топлива.
©Peter Miller
Реактивные двигатели современных самолетов и ракет сжигают топливо и выбрасывают его мощной струей, импульс которой толкает аппарат вперед. Однако Цзау Тан (Jau Tang) и его коллеги из Уханьского университета в Китае продемонстрировали, что для этого можно обойтись и без топлива, используя струю сжатой плазмы, полученной непосредственно из воздуха.
Действующий прототип такого двигателя представлен в новой статье, опубликованной в журнале AIP Advances. Система нагнетает и сжимает воздух с помощью мощного компрессора, после чего тот ионизируется с помощью микроволн. Заряженные частицы плазмы ускоряются электрическим полем и используются для создания реактивной струи — примерно так, как это уже реализовано в ионных двигателях некоторых космических зондов.
Стоит заметить, что существующие ионные двигатели отличаются крошечным расходом топлива и весьма долгим временем работы, однако создать большую тягу не способны, поэтому для полетов в земной атмосфере не применяются. В отличие от них, реактивная струя нового прототипа, продемонстрированного командой Тана, с успехом подняла в воздух килограммовый стальной шар, используя только электрическую энергию.
Авторы отмечают, что в пересчете на собственную массу создаваемая прототипом тяга сравнима с показателями обычных реактивных двигателей. Это вселяет надежду на то, что спустя некоторое время мы сможем пользоваться малошумными и «экологически чистыми» электрическими самолетами не только с винтовой, но и с реактивной тягой.
«Невозможный двигатель» из КНР не противоречит законам физики и может работать без топлива
По мнению ученого, многие люди до сих пор думают, что работа двигателя связана со сгоранием и движением. Однако со времен XIX столетия многое изменилось, так как появилась квантовая механика и квантовая теория пули. Исследователи выяснили, что фотон имеет импульс и энергию. Действие нового китайского двигателя связано с превращением энергии электромагнитного поля в энергию движения, пишет «Национальная служба новостей».
Малинецкий заявил, что нарушений законов в работе нового двигателя нет. Здесь теперь все зависит от инженеров, которые могут в рамках использования квантовой механики воплотить это в реальных конструкциях. Особую ценность новый двигатель, по словам ученого, представляет для космонавтики.
Новому реактивному двигателю не нужно топливо
Китайские инженеры испытали опытный образец двигателя, работающего благодаря воздушной плазме, которой передается индукция В конструкции двигателя микроволны используются для нагрева воздуха до высокой температуры, после чего раскаленный воздух выходит под давлением и создает тягу.
Чтобы измерить силу тяги и давление струи плазмы при разных параметрах мощности микроволн и скорости потока воздуха, разработчики применили самодельный прибор. В результате эксперимента было продемонстрировано, что при одинаковом потреблении электроэнергии тяговая сила нового плазменного двигателя сопоставима с тягой обычных реактивных двигателей, использующих горючее топливо. Следовательно, такой двигатель, работающий без загрязняющих атмосферу выбросов углерода, может найти применение в электросамолетах. Сейчас в них применяют винтовые двигатели. Результаты этой работы зафиксированы в журнале AIP Advances.
Новый двигатель работает без выбросов углерода в атмосферу
Принцип работы обычного реактивного двигателя основан на законе сохранения импульса: масса воздуха выталкивается назад, поэтому рабочее тело с ускорением движется вперед. Традиционный воздушно-реактивный двигатель функционирует за счет сжигания топлива в кислороде воздуха под высоким давлением: смесь воздуха и топлива раскаляется и под давлением выталкивается из двигателя.
В электросамолетах горючее топливо не используется — здесь нужен другой вариант двигателя. В плазменных двигателях, которые разрабатывались для этой цели, тело ускоряется за счет давления плазмы, полученной при помощи ионизации воздуха электрическим разрядом. Проблема подобных двигателей заключалась в их габаритах: чтобы выдавать высокую тягу, двигатель должен быть очень громоздким.
Инженеры из Уханьского университета попробовали нагреть воздух микроволнами в конструкции, которая включает в себя кварцевую трубку, магнетрон (источник микроволн) мощностью 1 кВт при частоте волн 2,45 ГГц, циркулятор и плоский волновод. Микроволны, поступающие от магнетрона, в трубке греют воздух, который превращается в плазму и под высоким давлением выбрасывается наружу, генерируя тягу. Охлаждение циркулятора и магнетрона происходит за счет водяного контура конструкции.
Схема конструкции воздушно-реактивного двигателя. Изображение: Dan Ye, Jun Li, Jau Tang // AIP Advances
Чтобы оценить уровень давления горячей плазмы при температуре более 1000 °C, когда обычный прибор может быть поврежден, ученые разработали методику, основанную на использовании стального шарика с регулируемой массой. Давление определялось в соответствии с той массой, при которой шарик начинал греметь. На основе полученных данных разработчики высчитали тяговую силу и давление потока плазмы.
При мощности в 1 кВт тяга составляет 28 Н, и на площадь сечения 1 кв.м удельная тяга равна 24 кН. А эти показатели уже сопоставимы с современными керосиновыми двигателями, то есть новое устройство способно работать в самолетах.
В будущем тягу и эффективность разработки можно значительно повысить, если увеличится температура потока выходящей плазмы. Для этого потребуются материалы с хорошей термостойкостью.