Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 01
Из других попыток усовершенствования ДВС следует, пожалуй, отметить разработки американцев (в середине 50-х годов XX века) и японцев (в 70-е годы). И те, и другие пытались довести до ума принципиальную схему сферической роторной машины (СРМ), которая должна, по идее, объединить достоинства поршневого и газотурбинного двигателей. Но и эти усилия особым успехом не увенчались.
И вот в 1998 году Михаил Кузнецов решил наконец-таки заняться воплощением идеи, почерпнутой им из публикации в одном из журналов 60-х годов, где тогдашний студент авиационного техникума впервые увидел схему объемной сферической роторной машины. Однако за годы работы в военно-промышленном комплексе он так и не смог найти времени, чтоб довести свою разработку до конца. А когда вышел на пенсию, свободного времени появилось предостаточно. И в марте 1999 года его изобретение было зарегистрировано Российским агентством по патентам и товарным знакам.
Кузнецов нашел простое и изящное решение: вынес камеру сгорания, работающую по принципу жидкостного реактивного двигателя, за пределы СРМ. Это значительно повышает ресурс работы двигателя, позволяет достичь высоких — до 2900 °C — температур рабочего тела, при этом топливо будет выгорать полностью. К тому же, по мнению профессора МАИ, заведующего кафедрой теории авиационных двигателей В.Рыбакова, такое решение даст возможность совершенствовать камеру сгорания отдельно от других составляющих двигателя, что весьма удобно практически.
Роторный узел образует в корпусе СРМ два расширительных контура. Каждый из них состоит из двух камер переменного объема. За один оборот все они совершают полный рабочий цикл (сжатие и расширение). Смена рабочих циклов происходит автоматически за счет перекрытия впускных-выпускных каналов ротора.
При использовании в силовой установке СРМ контур А (см. рис.) работает как двигатель, а камеры контура В — как компрессор, задача которого подавать сжатый воздух в камеру сгорания. Еще одна особенность двигателя Кузнецова: возможны варианты, в которых можно использовать одновременно несколько роторных машин в одном моторе. А это позволяет создать довольно простую силовую установку переменной мощности.
Конструктивная схема одного из вариантов двигателя Кузнецова. В нем используется одна СРМ; две смежные камеры расширительного контура А работают в режиме двигателя, а смежные камеры контура В работают в режиме компрессора. Воздух через впускной канал 1 поступает в смежные камеры контура В. Сжатый в контуре В воздух по магистрали 2 без охлаждения поступает в камеру сгорания 3, в которую через форсунку 4 под давлением подается топливо. Из камеры сгорания образовавшиеся в результате сгорания топлива горячие газы поступают по магистрали 5 в расширительный контур А, где совершают полезную работу и выходят в выпускной канал 6. Выделенная механическая мощность снимается с вала 7.
Скажем, при использовании в авиации вся мощность будет задействована при взлете. В крейсерском же режиме часть роторов можно будет отключить. Это существенно увеличивает надежность и ресурс двигателя в целом.
Эксперты отмечают также, что роторная машина в двигателе Кузнецова при сопоставимых с газотурбинными устройствами мощностях имеет впятеро меньшее число оборотов, что значительно упрощает устройство редуктора. А когда в МВТУ имени Н.Э. Баумана был произведен математический расчет модели двигателя, оказалось, что если разместить его в моторном отсеке современного танка, он позволит в 5 раз увеличить суммарную мощность — с 2000 до 10 000 кВт!
Впрочем, не все технические проблемы здесь уже решены: велики потери продуктов сжигания топлива при переводе из камеры в камеру, дорого обходится необходимость точнейшей обработки деталей СРМ, вызывает сомнения прочность конструкции ротора при высоких оборотах… Но, как полагают эксперты, доводку конструкции можно осуществить уже при стендовых испытаниях первого опытного образца.
А вот с этим как раз загвоздка. Кузнецов подсчитал, что для доведения его проекта до ума понадобится 7 — 10 лет и не менее 100–200 млн. долларов. Однако российские моторостроительные концерны раскошелиться на новый двигатель не торопятся. Во-первых, ныне ни у кого нет таких денег. Во-вторых, многие из нынешних авторитетов защитили диссертации по доводке, модернизации традиционных конструкций и убеждены, что альтернатива им не нужна.
В общем, время идет, а новый двигатель существует лишь в виде макетного образца. Вокруг Кузнецова, как уже говорилось, ходят кругами лишь зарубежные фирмачи. И вряд ли стоит удивляться, если первые подобными двигатели появятся вовсе не на нашем рынке.
Кстати, «Перун» — не единственная революционная конструкция, которая никак не может пробить себе дорогу на производство. Еще один ДВС нового поколения сконструировал бывший профессор, а ныне смоленский пенсионер И.Ф. Ефимов.
Как известно, в существующем ныне поршневом двигателе внутреннего сгорания рабочий ход включает в себя 16 операций, из которых только 4 совершают полезную работу, а 12 — подготовительные. Ефимову удалось убрать подготовительные циклы рабочего хода, и конструкция мотора упростилась до минимума.
В новом двигателе нет ни поршней, ни цилиндров, ни клапанов. Нет коленчатого и распределительного валов. Мотор имеет небольшой вес и объем. Например, аналог «жигулевского» двигателя мощностью в 50 кВт весит 27 кг, а аналог мотора для грузовика ЗИЛ-130 мощностью в 100 кВт — всего 40 кг. К тому же мотор получился очень экономичным: расход бензина — всего 0,05 л/кВт∙ч.
Полагают, что перспективы у двигателя с такими характеристиками огромные. Он найдет себе применение не только в автомобильной промышленности, но и в авиации, вертолетостроении, в малой энергетике…
И опять-таки профессор Ефимов получает деловые предложения лишь от западных бизнесменов. К нему уже обращались специалисты из «Крайслера» и других известных автомобильных фирм с просьбами продать им патент на свое изобретение. Но Ефимов хочет сделать двигатель в России. А с этим у него проблемы — опять-таки нет денег на доводку двигателя, запуск его в серийное производство.
Между тем расчеты показывают, что если в России построить или переоборудовать 5 заводов для производства его двигателей, то чистая прибыль может составить 4,8 млрд. долларов в год.
Виктор ЧЕТВЕРГОВ, инженер
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Новая жизнь египетских фараонов
Забавно, но иногда о жизни египетских фараонов, живших тысячи лет назад, мы знаем больше, чем о собственных соседях. Как же удается ученым получить и пополнить знания, которые становятся затем общедоступными?
Как устроен фараон?
Первый раз Тутанхамон оказался в центре внимания в 1922 году, когда британский археолог Говард Картер открыл его гробницу. Новая же сенсация связана с тем, что в конце 2000 года международная команда ученых впервые в истории начала проводить исследования ДНК Тутанхамона.
В связи с этим научное сообщество разделилось на три группы: одни полагают, что такое исследование даст ученым новый бесценный материал для исторических исследований и обобщений, другие — что японским коллегам, финансирующим генетический тест, просто некуда девать деньги. Наконец, есть третьи, считающие, что лучше вообще не трогать мумию: как бы чего не вышло…
И в самом деле, почему мумия Тутанхамона, которая подверглась уже практически полному «медицинскому обследованию», стала на сей раз объектом интереса генетиков? Прежде всего специалисты надеются, проанализировав ДНК, выяснить, был ли Тутанхамон в действительности родным сыном предыдущего фараона Аменхотепа IV (Эхнатона)?
Дело в том, что предыдущий правитель отверг освященную тысячелетиями традицию и утвердил новую религию — культ бога Солнца. Себя же он по такому случаю переименовал в Эхнатона — Сына Солнца. Всесильные до той поры жрецы многочисленных богов предшествующего пантеона остались не у дел и, конечно, постарались взять реванш тотчас после смерти фараона-отступника. Орудием реванша как раз и был избран юный Тутанхамон. Но удалось ли им это?..
В этой истории еще много таинственного. Скажем, происхождение мальчика-фараона окутано такой же тайной, как и его кончина в юном возрасте. Известно лишь, что он как будто был усыновлен Эхнатоном. Но и здесь кроется загадка: зачем это потребовалось всевластному царю, у которого не было недостатка в женах? (Кстати, одной из них была другая древнеегипетская знаменитость — Нефертити, прославившаяся благодаря дошедшему до нас скульптурному портрету.) Для сравнительного анализа ДНК уже взят генетический материал у нескольких представителей династии, мумии которых хранятся в Каирском музее.
