Конструкторы авто взяли на вооружение идеи Кулибина

Недавно международный консорциум из трех компаний (Optare, Ricardo и Torotrak) представил прототип необычного гибрида – автобуса под названием Flybus. Интересен он в первую очередь тем, что использует для накопления энергии не аккумулятор и электричество, а вращающийся маховик! Общая схема автобуса традиционна – дизельный мотор --> коробка передач --> привод на заднюю ось. Необычно другое - в коробку "Флайбаса" установили специальный узел отбора/отдачи мощности, который соединен с массивным маховиком. И кинетическая энергия торможения, которая раньше просто рассеивалась в виде тепла на тормозных колодках, теперь раскручивает маховик, накапливая в нем мощность. При разгоне же автоматическая система подключает вращающийся диск к коробке передач, отдавая дополнительную тягу на колеса!

Эффект от маховика нешуточный – такой принцип экономит 20% топлива и на ту же величину снижает выбросы CO, что по меркам современного автоинжиниринга весьма и весьма немало. При этом система достаточно проста и дешева, в отличие от общепринятой гибридной схемы в виде тандема двигателя внутреннего сгорания и электромотора, и ей не нужен дорогостоящий аккумулятор – важнейший элемент любого современного гибрида!

Новая разработка малоэффективна на магистральных грузовиках, которые фактически не тормозят в течение всего рейса длиной в сотни и тысячи километров. При таком ритме движения маховик просто не будет получать подпитку энергией - отдаст всю свою мощность и перестанет вращаться... Но для городского транспорта, работающего в режиме постоянной смены разгона и торможения, система просто идеальна!

ТОТ САМЫЙ КУЛИБИН

Но при чем же тут великий русский изобретатель Иван Петрович Кулибин? А вот при чем! "Новая система автомобильного привода", реализованная во "Флайбасе", вовсе и не новая, как некоторым может показаться. Использовать в качестве двигателя раскрученный диск человечество пытается практически со времен изобретения колеса! И одно из первых транспортных средств, в котором был применен этот принцип, принадлежит уму знаменитого российского изобретателя из Нижнего Новгорода, имя которого давно стало нарицательным, когда речь заходит о техническом креативе.

В 1791 году Кулибин выкатил на питерские улицы свою трехколесную повозку, названную "самокаткой". Два пассажира сидели в кресле, а позади них работал "мотор" - человек, наступающий попеременно на две педали – как в современном тренажере-степпере. С инженерной точки зрения "самокатка" представляла, по сути, подвид велосипеда, но кроме прямого привода от педалей к колесам, она имела еще и маховик, который запасал энергию при езде по ровной дороге и под горку, благодаря чему позволял без усилий со стороны "человеко-мотора" преодолевать подъемы.

ЕСТЬ ЛИ СМЫСЛ?

Но возникает вопрос – если маховиковые накопители энергии известны столь давно, а использование их началось еще в 18 веке – почему же они почти нигде не применяются сегодня? Где машины с маховиками вместо моторов? Почему предприимчивые китайцы не наклепали еще велосипедов по кулибинской схеме, которые сами едут в горку без бензина и электричества? Быть может, не так уж хороша такая система?

Хороша-то она хороша, но дело вот в чем. Чтобы маховик можно было использовать не только для демонстрации опытов по физике, а для реальной полезной работы, чтоб он мог сколь либо заметно участвовать в движении тяжелого автомобиля и т.д, вращающийся диск должен уметь запасать в себе достаточное количество энергии. Легкий или медленно вращающийся маховик пригоден только для движения детских игрушек, а для увеличения мощности нужно либо увеличивать его массу, либо поднимать скорость вращения. А еще лучше - и то, и другое сразу.

Все просто? Да, но такое развитие порождает две проблемы – тяжелый маховик непригоден для применения на транспорте, а увеличение скорости вращения просто... разрывает его центробежной силой на части! В промышленности известны многотонные инерционные накопители энергии, которые разрывало от высоких оборотов – осколки вращающихся дисков пробивали бетонные стены метровой толщины!

НАЗАД В ПРОШЛОЕ?

Но почему же тогда инженеры решили вернуться к использованию столь странной системы на автомобилях? Пусть бы эти маховики использовались в каких-то стационарных агрегатах, на заводах и фабриках – а автотранспорт неплохо развивается и в электрическом направлении, без всяких "волчков"!

Да, со времен Кулибина и практически до начала 21 века использование маховика было ограничено весом и оборотами. Наращивание массы делало маховики непригодными для использования в автомобилях – там, где они в первую очередь интересны. А идти по пути снижения веса и увеличения оборотов было невозможно из-за отсутствия прочных материалов, которые бы выдержали чудовищные центробежные нагрузки...

Однако замкнутый круг был разорван (не самый лучший каламбур, когда речь идет о маховиковых накопителях энергии!) появлением в начале 2000-х годов высокопрочных углеродных волокон, которые позволили сделать маховики, вращающиеся на огромных скоростях. У сверхпрочных маховиков удалось резко поднять скорость вращения и снизить вес - например, маховик того же Flybus весит всего лишь несколько десятков килограммов, но за счет скорости около 60 тысяч оборотов в минуту он с успехом участвует в приведении в движение многотонной махины автобуса!

ВЫСОКООБОРОТНОЕ БУДУЩЕЕ

Ученые считают, что у так называемых "супермаховиков" огромные перспективы. Современные материалы достигли такой прочности, что из них можно делать маховики, вращающиеся со скоростью... ДО ДВУХ МИЛЛИОНОВ ОБОРОТОВ В МИНУТУ! Разумеется, это будет сложнейшая конструкция – бесконтактный подвес вращающегося диска в магнитном поле (обычные подшипники столь высоких оборотов никогда не выдержат!), вакуум в корпусе маховика (чтобы снизить потери на трение о воздух) и т.д. Сложно и дорого – да! Но и возможности – ого-го! Например, такой маховик, весом всего лишь несколько десятков килограмм, сможет непрерывно крутить генератор электромобиля в течение нескольких лет без внешней подпитки энергией, будучи один раз раскрученным на заводе при изготовлении машины!