Alexander Kuklev (akuklev) wrote,
Alexander Kuklev
akuklev

Categories:

Новости науки и техники

В продолжение темы с ториевыми часами, я просто оставлю ссылочку на свежую публикацию о том, как будут в ближайшее время уточнять частоту того самого перехода: https://arxiv.org/abs/1905.08060

* * *

Тем, кто интересуется темой ракетных двигателей горячо рекомендую статью https://everydayastronaut.com/raptor-engine/ или её видео-версию (доступна по той же ссылке), в которой отлично и понятно объясняется, чем же примечателен разрабатываемый сейчас SpaceX новейший ракетный двигатель. Ну и вообще, почти наверняка будете понимать про ракетные двигатели гораздо больше, чем понимали до этого.

* * *

Раз уж заговорили про двигатели ракетные, давайте пару слов и про двигатели автомобильные.

BTE (Brake Thermal Efficiency) — это “честный” КПД автомобильного двигателя на сгораемом топливе: берём какой-то рабочий режим двигателя (фиксированные обороты, где эффективность наиболее высока), смотрим сколько литров топлива поедается в минуту, множим на энергоёмкость топлива, делим на мощность, которую можно снять с выходного вала двигателя. Если двигатель используется для выработки электричества, “честный КПД” называется CE (Conversion Efficiency, и он на 1-2% ниже, т.к. генератор тоже имеет потери, но зато тогда двигатель всегда может работать на оптимальных оборотах, так что в итоге получается эффективнее.

Гигантские турбины на суперсовременных электростанциях дают (CE) 63%. Ну 63% это рекорд, а 60% — вполне распространённая реальность для электростанций последнего десятилетия. Кроме гигантских турбин никакие типы двигателей до BTE около 60% или выше не забирались. Насколько я знаю, существует лишь три серийных двигателя (опять же, не считая гигантских турбин), показывающих BTE больше 50% хотя бы в лабораторных условиях — это две серии огромных корабельных дизельных/газовых (природный газ) двигателей последнего десятилетия (это всё двигатели со встречным движением поршней, кстати) производства MAN Diesel SE и Wärtsilä и один “одноразовый” бензиновый автомобильный двигатель для гоночных автомобилей Формулы 1 (там не только ресурс не играет роли, но и и на выбросы тоже плевать) производства Mercedes, причём последний вроде как все-таки чуть недотянул до 50%. Тепловая эффективность у него больше 50%, а вот BTE 49% с чем-то там. Микротурбины (т.е. как раз турбины, которые можно поставить в автомобиль) дотягивают на сегодняшний день максимум до 45% BTE.

BTE наиболее современных серийных двигателей, которые сейчас ставят на обычные автомобили такие:
Дизельный до 43% (и даёт 28-35% в среднем на немецком смешанном цикле)
Бензиновый до 37.3% (даёт 16-27% в среднем на немецком смешанном цикле)

А сейчас я расскажу, к чему было это введение.

Во-первых, Achates Power год назад продемонстрировала пятилитровый дизельный двигатель (т.е. для грузовиков) со встречным движением поршней, дающим пиковый BTE 48% и 46% в среднем на смешанном цикле: http://achatespower.com/wp-content/uploads/2018/05/2018-01-1378.pdf. При этом они ещё собираются поднять пиковый BTE до 55%.

Во-вторых, они делают аналогичный бензиновый двигатель для легковушек с BTE > 50%, причём не пиковый а в некотором диапазоне оборотов, и с точки зрения выбросов двигатель с большим запасом соответствует нормам: https://saemobilus.sae.org/content/2019-01-1154/, занимаются этим в Argonne National Laboratory, так что это не рекламная замануха. Идея там в поджиге бензино-воздушной смеси при помощи высокого давления (GDCI), как в дизельных двигателях, т.е. это такая миниатюризированная версия тех корабельных мегадизелей.

Но в целом, конечно, ощущение что будущее-то за гибридами, а в гибридах от двигателя на сгораемом топливе требуется в целом только генерировать электричество (и при этом быть лёгким и компактным). И тут Achates Power снова в деле — они получили двухмилионный государственный грант в США на создание именно таких штуковин для легковушек.

Вообще range extender'ы, видимо, лучше делать на базе технологий, которые дают несравнимо лучшее отношение массы к мощности, и таких технологии две — это роторный двигатель LiquidPiston (в теории BTE до 58%) или линейный генератор на свободных поршнях. У LiquidPiston я пока новостей не читал — была в начале 2018 года статья про разработки на бумаге, но продолжения я пока не видел. А вот в Немецком Аэрокосмическом агентстве (DLR) какое-то бесчисленное количество лет (лет 20, что ли) работают над линейным генератором со встречным движением свободных цилиндров. Их штуковинка сейчас даёт 36.6% Conversion Efficiency, но отличается непревзойдённым отношением массы к мощности, балансировкой (оно симметричное и потому практически вообще не вибрирует) и супер-низкими выбросами. Очень странно, что при использовании встречно-движущихся поршней и однородного компрессионного воспламенения КПД аж на треть ниже, чем у по-сути того же самого в исполнении Achates Power/Delphi — либо у DLR большой потенциал для оптимизации, либо одна из черепашек говорит неправду.

Upd: В прототипе DLR не используется турбокомпрессор, степень сжатия 15:1 вместо 18:1 у Delphi, не используется такой хитроумной системы подготовки смеси, таких хитроумных покрытий, предотвращающих смачивание внутренней поверхности цилиндра и термобарьерных покрытий. Короче, они действительно просто ещё на другой стадии разработки проекта. Что прискорбно учитывая, что работают они над ним дохреналион лет.
Subscribe

  • (no subject)

    Встретил фотографию толпы футбольных фанатов, и она меня скорее напугала, у меня уж точно нет желания быть там среди них. Но внезапно я понял, что…

  • Прогресс

    Десять дней назад, вторая ступень SpaceX'овского корабля Starship своим ходом слетала своим ходом на десять километров вверх, и усмепшно приземлилась…

  • О водосбережении

    Как известно, питьевая вода во многих странах дефицитный ресурс. И даже в дождливой Германии летом иногда случаются засухи, в результате которых она…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 9 comments