Георгий Бабат - Высокочастотный автомобиль
Итак, была объявлена решительная борьба потерям. Мы выяснили, что большая часть потерь происходит в нашей подземной высокочастотной сети. Когда по подземным проводам течет быстропеременный ток, то в земле, вблизи провода, приходят в вихреобразное движение электроны веществ, из которых состоит земля. Вихрь электронов напоминает вихрь пыли, поднятой ветром. Но чтобы привести электроны в движение, затрачивается энергия - та самая энергия, которая могла бы пойти на полезную работу двигателя. Чем больше частота тока, тем больше вихревые потери. Вихревые потери пропорциональны квадрату частоты, то-есть если частоту увеличить в два раза, то вихревые потери возрастут в четыре раза, а если частота возрастет в три раза, то они увеличатся в девять раз.
Но вихревые потери - не единственный вид потерь. Сеть излучает энергию, как антенна радиопередатчика. Потери на излучение пропорциональны четвертой степени частоты тока. Увеличить частоту в два раза - значит повысить эти потери в 16 раз.
Тщательное изучение потерь привело нас к выводу, что и очень низкая и очень высокая частоты в равной степени, неудобны для работы бесконтактного транспорта.
При очень низких частотах полезная мощность катастрофически мала. Мала она и при очень больших чaстoтах, где большую часть мощности съедают потери.
ВОЙНА ПОТЕРЯМ
Громоздкие формулы математических расчетов не умещались в одну строчку. К страницам отчета приходилось подклеивать специальные бумажки; когда отчет листали, эти наклейки развевались, как флажки.
Теоретические подсчеты показывали возможность значительного уменьшения потерь. Надо было подтвердить это на практике. Мы перестроили подземную бесконтактную сеть, и потери в ней действительно упали в несколько раз. На это ушло полгода работы.
В сети возникли пробои, короткие замыкания. Еще несколько месяцев было потрачено, чтобы их устранить. С новой схемой сети начались неполадки в генераторе: срывались колебания основной частоты и возникали колебания иной частоты - паразитные, которые лишь мешали нашей работе. Еще месяцы ушли на укрощение генератора. В конце концов удалось довести полезную отдачу до 15 процентов. Два года ушло на то, чтобы выжать эту цифру, но для промышленной установки и она все еще не годилась.
Папки со все той же краткой надписью "Потери" уже заполняли длинную полку.
Здесь были папки 1943, 1944, 1945 годов.
Что же, неужели не удастся никогда донести энергию в этом, как говорили скептики, решете?
Как-то в музее мне довелось видеть драгоценную игрушку - вырезанный из слоновой кости шар. Он был размером с кулак. В ажурной оболочке один внутри другого находились еще десять резных шаров, и в самом последнем из них помещался кораблик с распущенными парусами, такими тонкими, что они, казалось, трепетали. Три поколения мастеров трудились в Древнем Китае над этой драгоценной игрушкой.
Это был великолепный образец бесполезного труда. И невольно, когда я вновь и вновь обдумывал схемы конструкции ВЧТ и листал страницы папок "Потери", возникала мысль: не являются ли все наши вычисления китайской резьбой по кости?
Может быть, ВЧТ такая же бесполезная для транспорта игрушка, как кораблик с костяными парусами?
На Станкозаводе в конце 1944 года работы по ВЧТ были прекращены. Пришлось заняться другими вопросами.
НОВОЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
Но на каждую новую работу я невольно смотрел с точки зрения возможности ее использования для ВЧТ.
По-иному я взглянул на генератор высокочастотного тока. При постройке радиопередатчиков в лампах, которые "рубят" постоянный ток, превращая его в высокочастотные импульсы, допускают до 30 процентов потерь энергии. С такой плохой отдачей работал и генератор для ВЧТ на станкозаводе.
Теперь было решено включить генераторные лампы иначе, чем это делали на протяжении тридцати лет радисты.
Этот и еще несколько подобных простых приемов позволили уменьшить потери обычных генераторных ламп. Полезная мощность возросла примерно на 10 процентов, но это далеко не предел. В дальнейшем, когда будут построены специальные лампы, эти потери, вероятно, будут снижаться и дальше. Полезная отдача высокочастотных генераторов дойдет до 95 процентов, а быть может, даже и еще выше.
Хотя и говорится, что воду в решете носить невозможно, но это тоже не всегда верно. Смажьте решето жиром и налейте воду не слишком высоким слоем, и тогда над жирными краями каждого отверстия вода образует сводики и проливаться не будет. Никакого тут фокуса нет. Это физическая закономерность. А ведь многие закономерности, с которыми сталкиваются впервые, кажутся странными и необычными. Когда-то считалось, что из железа нельзя строить корабли, так как оно слишком тяжело. Довольно долго господствовало убеждение, что летать можно только на аппаратах легче воздуха. Быть может, и мнение, что электрическую энергию целесообразно передавать лишь по проводам, также предрассудок?
ШАГ ВПЕРЕДИ
В конце 1947 года работы по ВЧТ начались снова. Оборудование для новых исследований монтировалось под Москвой, в Научно-исследовательском автомобильно-моторном институте (НАМИ). Испытания были очень своеобразны.
Если самолетостроители свою продукцию, продувают в аэродинамических трубах, чтобы узнать подъемную силу и вредное сопротивление самолета, то мы различными способами пронизывали проезжие дороги, электромагнитными потоками, мерили потери и количество мощности, полученной приемником экипажа.
Результаты каждого опыта давали нам возможность построить на графике тoчкy.
Условия опыта менялись, и, точка за точкой появлялись на бумаге, образуя кривую. Мы меняли конструкцию сети, и на бумаге появлялась новая кривая.
Надо было обследовать множество кривых, на каждой найти вершину максимум - и из всех вершин отыскать наивысшую, найти максимум из максимумов, как говорят математики - "максимум максиморум".
Измерения показывали нам, какая часть электромагнитной энергии поглощается в сети, а какая колеблется над дорогой, пока ее не воспримет приемный виток вечебуса или вечемобиля.
Сравнивая запас электромагнитной энергии над дорогой с потерей энергии, мы определяли электрическое качество дороги. Сначала качество нашей дороги не превышало нескольких десятков, но скоро оно достигло ста, а потом увеличилось до нескольких сотен.
На каждый квадратный метр опытной дороги НАМИ потери энергии не превышали 10 ватт. Энергии терялось в сто раз меньше, чем на первой дороге Станкозавода.
Это было большим шагом вперед и означало, что можно построить дорогу с eщe меньшими потерями.
Однако в каждом деле есть разумный предел. Нельзя жечь сотенную бумажку, чтобы при свете ее пламени отыскивать затерявшийся гривенник. Для уменьшения потерь в бесконтактной сети приходится усложнять конструкцию, увеличивать расход проводниковых материалов в сети. Но больше чем 1/2 килограмма металла на каждый квадратный метр поверхности дороги затрачивать уже невыгодно.
