Александр Никонов - Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей
…Если уж экономисты заговорили о смысле жизни, дело плохо…
И вот тут я мягкой лапкой интеллигента затыкаю рот уважаемому экономисту и передаю слово эксперту в совершенно другой области – в области автомобилестроения и теоретической механики. Мысль моя ясна и прозрачна: поскольку автомобиль – главный пожиратель планетарных ресурсов, то, снизив его аппетит, допустим, втрое, мы продлим существование цивилизации, грубо говоря, с 20 лет до 60. А это совсем неплохо! За это время, глядишь, люди овладеют термоядом, ветряков понастроят, приливных станций, повысят емкость аккумуляторов, спирту нагонят для бензобаков, чего-нибудь придумают… в общем, смогут превратить смертельное пикирование в управляемое планирование.
Экспертом я выбрал человека, который занимается этой проблемой всю жизнь. Это доктор технических наук, профессор одного из автомобильных вузов Москвы Нурбей Гулиа.
– Профессор! Значит, задача такая: снизить расход топлива вдвое-втрое! Я слышу эти обещания давно, но на серийных машинах расход топлива ниже 8 литров на сотку не падает. Насколько вообще реально снизить расход до 3–4 литров? Ведь это могло бы дать человечеству временную фору для спасении мира.
– Начнем с теории… Теоретически КПД теплового двигателя равен 43 %. Это для экономичных дизелей, у бензиновых двигателей он поменьше, примерно 30 %. А в реальной жизни на шоссе КПД 10 %, в городе – 5–6 %. Потому что высокий КПД, близкий к теоретическому, получается, только если двигатель работает в оптимальном режиме, то есть с полной загрузкой. Чем ниже загрузка, тем ниже КПД. На холостом ходу КПД двигателя вообще равен нулю: он молотит, а машина не едет. Обычно двигатель работает именно с недогрузкой, со средней мощностью в десять раз меньше расчетной. Ведь рассчитывают его на скоростную езду по шоссе, а он дергается в городских пробках. Получается, автомобиль большую часть своей жизни зря жжет топливо и зря портит окружающую среду. Причем на холостых и низких оборотах выхлоп особенно ядовит.
Мощность современного мотора примерно 100 лошадиных сил. Но в реальном городском режиме работают от силы всего 3–4 лошадиные силы. Какой-нибудь «ламборджини», под капотом которого табун из сотни-другой «лошадей», в реальности использует лишь крохотный процент своей мощности, а остальные впустую портят воздух. Зачем же конструкторы сознательно закладывают такой избыток мощности? Почему нельзя сделать двигатель исходя из реальной средней загрузки? Ведь тогда и природа не будет так загрязняться, и автомобиль, равный по массе «Жигулям», затратит на 100 км не 10, а 2 литра бензина. Но такая машина не сможет ехать быстрее 50–60 км/ч, будет очень плохо тянуть в горку, будет разгоняться до «сотки» не за десять секунд, а за пару минут. Нужен тебе такой автомобиль?
– На хрен такой автомобиль! Пусть лучше человечество погибнет на двадцать лет раньше, но эти двадцать лет хоть проживем как люди!
– И все так рассуждают. Людям нужны машины с хорошей разгонной динамикой. Именно из-за разгонной динамики, из-за коротких вспышек мощности конструкторы и ставят на автомобили избыточные моторы, которые за свою жизнь выжигают впустую десятки тонн бензина. А автомобилей в мире сотни миллионов. Каждый может перемножить… Можно как-то исправить эту ситуацию? Можно. Что нужно для этого? Нужно, чтобы двигатель всегда работал в оптимальном режиме, с одной частотой, а не так как сейчас – то 800, то 5500 оборотов в минуту. Кстати, оптимальная работа позволит не только снизить выхлоп и сэкономить уйму топлива, но и здорово увеличит срок службы самого двигателя.
Если мы хотим снизить расход топлива вдвое-втрое, нужно ставить движок мощностью не более 30–40 лошадиных сил. Но необходимо, чтобы при этом обеспечивалась прежняя разгонная динамика, как будто стоит движок не в 30 «лошадок», а в 130… Наконец, нам нужно повысить КПД до положенных тепловому двигателю 40 %. Ну и еще неплохо было бы, чтобы этот автомобиль, разогнавшись, не терял энергию на торможение безвозвратно. Ведь режим движения реального автомобиля складывается из циклов «разгон-торможение». Не успеет машина набрать скорость, как приходится всю выработанную из топлива энергию, перешедшую в кинетическую энергию автомобиля, переводить в бездарное тепло, истирая тормозные колодки и нагревая тормозные диски перед очередным светофором. А неплохо было бы кинетическую энергию тормозящей машины как-то забрать обратно и потом опять использовать для разгона.
Другими словами, нам до зарезу необходим не источник энергии, которым служит ДВС, а ее накопитель. Чтобы двигатель молотил в городской пробке не вхолостую, а его энергия где-то аккумулировалась, и потом из накопителя уходила в колеса, быстро выдавая огромную мощность. И чтобы энергия торможения тоже там накапливалась, а не улетучивалась. Есть такой накопитель? Есть. Это маховик. Настоящий высокооборотный прецизионный маховик, а не та пародия, что стоит сейчас на каждом двигателе. Лучших накопителей энергии, чем маховики, человечество пока не придумало. Им нет равных по плотности энергии, то есть по количеству энергии, приходящейся на килограмм устройства. При небольших размерах (примерно 30 см в диаметре), небольшой массе (5-10 кг) и скорости в 15–20 тысяч оборотов в минуту маховик, вращающийся в вакуумной камере, позволяет накопить энергию, которой хватит для прохождения автомобилем десятков километров.
На стоящем автомобиле с выключенным двигателем такой маховик может по инерции вращаться сутками. Для России это вообще трудно переоценить: ведь практически исчезают все трудности с зимним запуском двигателя. Если аккумулятор садится после двух-трех попыток провернуть загустевшее моторное масло, то энергии, запасенной в маховике, с избытком хватит на запуск нескольких моторов! И не надо сажать дохлый аккумулятор.
Кроме того, маховик может сразу развить практически неограниченную мощность. Выдаваемая им мощность ограничивается только прочностью валов – лишь бы их не срезало. А уж любимое наше трогание на светофоре с пробуксовкой колес, с визгом резины и черными полосами на асфальте – ради бога, если душа просит. Маховик также может работать рекуператором энергии. Машина тормозит, и ее кинетическая энергия не теряется, а переходит в энергию убыстряющегося маховика. А потом снова используется для разгона.
Высокая скорость вращения маховика смущать не должна: современные подшипники рассчитаны и на много большие скорости. В вакуумной камере тоже нет ничего сложного. Как нет проблем и с уплотнением вала, который выходит из вакуумной камеры – для этого существуют жидкостные магнитные подшипники. Решена даже проблема разрыва маховика. Дело в том, что маховики используют в технике довольно давно, и их убойная сила известна. Разрыв быстрого маховика превосходит по мощности взрыв тротила той же массы. Но и здесь теперь все гладко: и в России, и в США давно получены патенты на так называемые супермаховики. Такие маховики делают из проволоки или склеивают из металлической или прочной синтетической ленты. Даже если ленту разрывает, ничего страшного не случается, болтающийся кусок ленты просто притормаживает о кожух маховика, гася его скорость до безопасной.
Но если о маховиках все давно знают, почему же такие автомобили не ездят по миру? Потому что до последнего времени оставалась одна нерешенная проблема: непонятно было, посредством чего передавать вращение от маховика, который вращается со скоростью 30 тысяч оборотов в минуту, неподвижным колесам. Любое сцепление сгорит за секунду!
Однако и эта проблема в последние годы решилась (кстати, в России) – были разработаны компактные вариаторы с приемлемым диапазоном варьирования мощности. Они уже даже внедряются в производство, поскольку эти вариаторы можно ставить на обычные автомобили, а также использовать в качестве цеховых редукторов.
Раскрою карты перед читателем… Этот самый вариатор для маховичного автомобиля, равно как и сам супермаховик, придумал мой собеседник и консультант господин Гулиа. Который всю свою жизнь посвятил проблеме накопителей и преобразователей энергии. Слова о всей жизни – это не преувеличение, поскольку впервые он заинтересовался проблемами накопления энергии еще в школе, в младших классах. И пуля, полученная любопытствующим старшеклассником Гулиа на знаменитом тбилисском расстреле 1956 года, только усилила его интерес к науке, понизив интерес к политике.
Надо сказать, этот Гулиа – здоровенный малый неприметного росточка. Кубическая фактура. Поскольку с юности он занимался тяжелой атлетикой, подходить к экспрессивному кавказцу нужно осторожно. Даром что профессор. Однажды некая телекомпания, снимающая научно-техническую программу, пригласила доктора технических наук, заведующего кафедрой Нурбея Гулию в качестве эксперта. Во время съемки профессор услышал от одного из выступающих перед микрофоном научную ахинею, которая противоречила закону сохранения импульса. Не в силах выносить поругание святынь, Гулиа вскипел, вскочил с места и бросился на выступающего. Догнав мерзавца у выхода из павильона, он отобрал у него микрофон и зажал железным зажимом шею. «Скажи, что не прав!» – вскричал справедливец. «Я ошибался, я ошибался!» – заверещал хулитель законов механики, не в силах более выдерживать боль. Это было заснято, но, к сожалению, не было показано по телевизору. Зрители увидели только сам момент гулиевского броска на жертву.
