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개인 운송: 지상, 해상, 항공
미래의 운송. 개인 수송
미래의 문제를 다루는 과학자들(미래학자)은 오늘날 우리 주변의 세계가 예를 들어 100년 말 또는 지금으로부터 50년 후에 어떻게 될 것인지 결정하기 위해 이미 노력하고 있습니다. 동시에 어떤 것은 비교적 쉽게, 어떤 것은 어렵게 보인다. 그러나 우리는 100년, XNUMX년, 그리고 그 이상에 운송 수단이 존재하게 될 것이라고 단호하게 말할 수 있습니다. 그리고 존재하는 것뿐만 아니라 꾸준히 발전하는 것입니다. 공상 과학 작가는 때때로 미래에 대부분의 정보가 비디오 전화에서 레이저 채널에 이르기까지 주로 통신 수단을 통해 전송될 것이라는 생각을 표현합니다. 상품뿐만 아니라 정보의 운송인으로서 운송의 역할은 고려되지 않습니다. 그러나 이것은 사실이 아닙니다. 운송의 장점은 상품뿐만 아니라 가장 방대한 정보 전달자 인 사람의 이동을 보장한다는 사실에 있습니다. 소련의 유명한 교통 과학자인 V. N. Ivanov 교수는 "사람들은 직접적인 의사 소통이 필요하며 전화도 TV도 그 어떤 것도 이를 대체할 수 없습니다. "라고 강조합니다. 통신의 상당한 발전에도 불구하고 오늘날 운송이 계속해서 빠르게 개선되고 있는 것은 우연이 아닙니다. 앞으로 어떻게 발전할 것인가? 기본적으로 문제는 다음과 같이 줄일 수 있습니다. 차량 또는 엔진은 환경 친화적이거나 "친환경적"이어야 합니다. "지구의 연료 및 에너지 자원의 지출을 가능한 한 늘리기 위해 엔진은 가능한 한 경제적이어야 합니다. 속도, 기동성 및 편안함의 추가 증가와 같은 전통적인 문제뿐만 아니라 기계의 안전에 많은 관심을 기울입니다. 국가 경제를 위한 새롭고 전문화된 운송 모드가 생성되고 개발될 것입니다. 그러나 미래의 운송수단, 엔진은 어떤 모습일까요? 우리 시대에 이미 그것들의 원형이 있습니까? 제안 된 자료는 이러한 모든 문제에 전념합니다. 1. 열 - "찬성" 및 "반대" 고마운 인류가 고발합니다. 이것이 가장 거대한 엔진, 즉 열 엔진, 특히 내연 기관(ICE)에 대한 현재 태도를 공식화하는 방법입니다. 기본적으로 인류 앞에는 열기관의 "유죄" 항목이 두 개 있습니다. 첫 번째는 대체할 수 없는 천연 연료 자원의 비경제적이고 야만적인 소비입니다. 두 번째는 과도한 열, 소음 및 냄새를 포함하여 받은 에너지의 독성 배기 가스 및 기타 낭비로 인한 환경 오염입니다. 지금 이 모든 것에 대해 많은 이야기가 있습니다. 이것으로부터 오는 냉혹한 결론에 대해: 열 엔진이 개선되지 않거나 완전히 버려지지 않으면 가까운 미래에 불과 수십 년 만에 측정된 행성은 먼저 다음으로 인한 연료 고갈로 위협을 받습니다. 매장 천연 연료의 완전한 고갈; 두 번째로, 이 연료를 태우는 생성물에 의한 인류의 대량 중독과 대기의 과도한(가장 뜨거운 스팀 룸보다 더 나쁩니다!) 온난화. 따라서 개선 또는 완전한 실패. 수억 대의 자동차, 오토바이, 트랙터, 콤바인, 항공기, 선박, 모터 보트 및 기타 기계에 열 엔진이 설치되어 있다는 사실을 기억하면 사람이 아직 완전히 버릴 수 없다는 것이 분명해집니다. 그러나 나이를 늘리는 동안 자신의 나이를 크게 줄이지 않도록 해야 합니다! 열기관과 사람을 "화해"시키는 방법은 무엇입니까?
대답은 간단하고 복잡합니다. 열 엔진의 배기 가스의 독성을 제거하고 효율성을 높이는 것이 필요합니다. 주요 피해는 발암 물질뿐만 아니라 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 질소 산화물 및 탄화수소(알데히드)로 인해 발생합니다. 하지만 확실히 그들은 캡처할 수 있습니까? 예, 액체, 플라즈마, 촉매 및 결합과 같은 트랩 중화제가 이미 생성되었습니다. 일반적으로 엔진 배기관 뒤의 가스 배출구에 설치됩니다. 그러나 이러한 모든 장치는 문제에 대한 부분적인 해결책만을 제공합니다. 존재하더라도 엔진 자체는 동일한 탐욕스러운 기계 괴물로 남아 있습니다. 수세기 동안 엔진 전문가들의 꿈은 피스톤이 왕복 운동을 하지 않고 회전만 하는 엔진을 만드는 것이었습니다. 이것은 엔진의 크기와 무게의 상당한 감소, 연료 소비 감소 및 독성 연소 생성물 배출을 약속했습니다. F. Wankel 교수는 누구보다 이 문제를 해결하는 데 더 가깝습니다. 많은 전문가들은 그가 만든 로터리 엔진이 자동차의 주요 내연 기관이 될 수 있다고 믿습니다. wankel이 어떻게 배열되고 작동하는지 기억하십시오. 본체에는 기어를 통해 샤프트에 연결된 삼각형 모양의 로터 피스톤이 회전하는 복잡한 구성의 공동이 있습니다. 그것은 중심이 고정 기어의 중심과 일치하는 샤프트의 편심에 자유롭게 놓입니다. 복잡한 곡선을 따라 회전하는 로터 피스톤은 하우징 내벽의 상단에 지속적으로 닿습니다. 밀봉을 위해 상단에 가동 판이 설치되며 동시에 로터-피스톤 표면과 하우징 벽에 의해 형성된 챔버의 부피가 순차적으로 변경됩니다. 여기에서 연료의 흡입, 압축 및 점화, 배기 가스의 팽창 및 방출 과정이 발생하며 흡기 및 배기 채널의 개폐는 로터 피스톤 자체에 의해 수행됩니다. 따라서 Wankel 엔진의 완전한 30회전을 위해 기존의 10행정 엔진의 모든 프로세스가 서로 다른 작업실에서 동시에 발생합니다. 하나의 촛불로 점화되는 연료 섬광, 세 번의 파워 스트로크, 세 개의 배기 가스, 세 번의 신선한 혼합물 입구. Wankel 엔진은 가장 작고 가벼울뿐만 아니라 (약 XNUMX 마력의 출력을 가진 최초의 프로토 타입 중 하나는 무게가 XNUMXkg에 불과함) 최고 속도를 가졌습니다. 저렴한 디젤 연료로 실행할 수 있다는 점을 추가하십시오. 이것이 문제에 대한 해결책 인 것 같습니다. 그러나 ... 설계자가 아무리 "현명"하더라도 지금까지 회전 로터의 씰의 신뢰성을 달성하는 것은 불가능했습니다. 주로 모터의 추가 개선을 방해하는이 결함은 진정한 재앙입니다. 이 유형의 엔진. 또 다른 연구 라인은 현재 항공에서 사용되는 엔진인 가스 터빈 엔진(GTE)의 개발입니다. 그들은 동일한 동력 내연 기관보다 훨씬 적고 작동이 더 간단하고 안정적입니다. 약간 증가한 연료 소비에도 불구하고 유독성 제품, 특히 이산화질소가 덜 배출됩니다. 이것은 가스 터빈 엔진에서 연료의 연소가 피스톤 엔진보다 낮은 압력과 온도에서 계속된다는 사실에 의해 설명됩니다. 가스 터빈 엔진도 내연 기관입니다. 그것에서만 가연성 혼합물이 압축기 (일반적으로 원심 분리기)에 의해 압축됩니다. 압축기에 들어가는 외부 공기는 블레이드와 함께 회전하고 원심력에 의해 압축된 다음 열교환기에서 가열되어 연소실로 들어갑니다. 혼합물 연소의 결과로 뜨거운 가스가 압축기가 위치한 축의 터빈 블레이드를 누릅니다. 터빈 임펠러의 블레이드에서 더 나아가 유용한 작업을 수행하는 데 에너지의 주요 부분을 소비합니다. 이것은 소위 쌍축 가스 터빈의 작동 원리도입니다. 높은(압축기) 및 낮은(작동) 압력의 두 터빈이 운동학적으로 완전히 독립적이라는 점에서 다릅니다. XNUMX축 및 XNUMX축 터빈은 자동차용으로 개발되고 있습니다. 이러한 계획 중 어느 것이 가장 유망한 것으로 판명될지는 아직 알 수 없습니다. 아마도 자동차의 필요한 힘과 전문화에 따라 각자가 추가 개발에 대한 권리를 받게 될 것입니다. 위에서 논의한 모든 엔진에서 연료는 로터, 피스톤 또는 터빈이 위치한 공동 내부의 연소실에서 연소됩니다. 거기에서 연소를 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에 종종 연료가 완전히 연소되지 않고 많은 독성 제품이 방출됩니다. 다음으로 연료가 작업 공동(실린더) 외부에서 산화되는 엔진을 고려하십시오. 내연 기관과 유사하게 외부 연소 기관이라고 부를 수 있습니다. 주요 엔진은 증기 기관과 스털링 기관입니다. 증기 엔진의 두 번째 시대는 가장 큰 연구 센터가 현대적인 기반에서 설계를 채택한 불과 몇 년 전에 시작되었습니다. 이 모터에는 많은 매력적인 기능이 있습니다. 큰 초기 토크, 복잡한 기어 박스가 없으며 배기 장치의 완전한 무해성입니다. 그리고 증기기관의 역동성은 중요한 장점 중 하나입니다. 오래된 계획의 개선으로 보일러의 폭발 위험, 엄청난 무게, 시동의 어려움 및 겨울에 물을 증기 생성 액체로 사용하는 어려움과 같은 고전적인 증기 엔진의 문제를 극복하는 것이 가능했습니다. 부피가 크고 위험한 온수 보일러는 소형 튜브형 증기 발생기로 대체되었습니다. 모든 장치를 차량 크기에 성공적으로 맞출 수 있었습니다. 또 다른 유망한 연구 분야는 Scot R. Stirling이 1816년에 발명한 모터와 관련이 있습니다. 이 외부 연소 엔진은 피스톤이 들어가는 양쪽 끝이 막힌 파이프였습니다. 피스톤 한쪽의 공동은 지속적으로 가열되고 다른 쪽은 냉각되었습니다. 차가운 가스는 액화되어 뜨거운 공동으로 펌핑되었습니다. 여기서 피스톤이 정지해 있을 때 가열로 인해 피스톤의 온도와 압력이 상승했습니다. 가스가 최대 매개 변수에 도달하면 피스톤이 움직이기 시작하여 작업 스트로크를 만듭니다. 그런 다음 팽창된 가스를 차가운 공동으로 펌핑하여 연속적으로 냉각시키면서 움직이는 피스톤에 의해 압축되었습니다. 주기가 반복되었습니다.
뜨거운 가스를 팽창시킬 때 방출되는 것보다 차가운 가스를 압축하는 데 드는 기계적 작업이 적기 때문에 스털링 엔진은 과도한 기계적 에너지를 생성했습니다. 그러한 엔진 작동이 특별히 경제적일 수 없다는 것은 분명합니다. 그러나 압축된 차가운 가스가 뜨거운 가스가 냉각될 때 제거된 열로 뜨거운 캐비티에 공급되기 전에 가열되면 스털링은 기화기 및 디젤 엔진의 효율을 능가하는 매우 경제적인 엔진이 될 수 있습니다. 가스 가열 장치 (재생기라고하는 용기)는 본 발명의 저자 자신이 한 번에 제안했습니다. 오늘날 이러한 히터의 효율은 98%로 증가했습니다. 그리고 엔진 캐비티는 100-200atm으로 압축된 수소 또는 헬륨으로 채워지기 시작했습니다. 스털링 피스톤의 구동도 개선되어 비스듬한 와셔가 있는 액시얼 피스톤 펌프의 구동과 유사하게 되었습니다. 결과적으로 현대화된 스털링은 열기관을 사용하는 대부분의 기계에 적합합니다. 그것의 독성은 기화기보다 수백 배 적고 거의 조용히 작동합니다. 그러나 스털링은 복잡하고 비싸며 기화기보다 무겁습니다. 그럼에도 불구하고 위에서 논의한 엔진은 압도적으로 천연 연료를 적극적으로 소비합니다. 그리고 매장량은 무제한이 아닙니다. 따라서 인공적으로 생산된 수소를 연료로 사용하려는 시도가 큰 관심을 받고 있다. 물에서 추출할 수 있으며 전류, 햇빛, 촉매를 사용한 고온으로 분해합니다. 이러한 연료의 주요 장점은 가솔린보다 연소 생성물의 독성이 훨씬 낮다는 것입니다. 예를 들어 질소 산화물은 200배 적게 형성되며 일산화탄소와 탄화수소는 배기 가스에 전혀 존재하지 않습니다. 그러나 실린더에 가스를 저장하는 것과 같은 다른 문제가 발생합니다. 그러나 과학자들은 특정 금속의 수소화물을 수소로 포화시켜 스펀지처럼 흡수하도록 제안합니다. 흥미롭게도 수소화물로 채워진 탱크는 속이 빈 탱크보다 40배 더 많은 수소를 보유하고 있습니다. 태양 복사, 증발, 삼투와 같은 가장 예상치 못한 자연 요인을 사용하는 엔진도 만들어지고 있습니다. 그들이 이국적이라고 불리는 것은 우연이 아닙니다. 지금까지 분포가 매우 적습니다. 그러나 친환경 에너지원에 대한 관심이 높아지면서 그 역할도 커질 것이 분명합니다. 그들은 또한 우주 수송에 유용할 것입니다 - 행성 로버, 궤도 스테이션 서비스 시스템. 이국적인 모터의 예는 소위 광 흡수 모터입니다. 작동 실린더에는 태양 광선이나 레이저 빔이 통과하여 실린더의 가스를 가열하는 투명한 창이 있습니다. 이 가열로 인해 작업 스트로크가 수행됩니다. 레이저 모터의 실험 샘플은 600와트의 기계 출력에서 최대 30rpm을 생성합니다. 그러나이 엔진의 효율은 2 %를 초과하지 않았습니다. 태양 복사에 의해 구동되는 모터가 알려져 있다. 그것은 광전지에 의해 전류로 변환됩니다.
그리고 니티놀 합금에서 발견된 "메모리" 덕분에 작동하는 모터 모델은 절대적으로 이례적입니다. 니켈과 티타늄으로 용접된 이 제품은 특이한 특성을 가지고 있습니다. 가열될 때 주어진 모양을 기억합니다. 예를 들어, 이 합금의 스트립을 나선형으로 꼬는 것이 가능합니다. 번갈아 가며 가열하고 냉각하면 다시 스트립이 된 다음 다시 꼬이는 식으로 무수히 반복됩니다. 미국 엔지니어들은 이 속성을 사용하여 엔진을 만들었습니다. 그것의 기초는 뜨거울 때 직선이었던 곡선 스포크가 있는 바퀴입니다. 그러한 스포크를 따뜻한 물에 담그면 곧게 펴고 바퀴를 밉니다. 즉시 바늘이 찬물에 떨어지고 구부러지고 그 자리에 새로운 구부러진 바늘이 따뜻한 욕조에 들어갑니다. 엔진을 작동하려면 23 °의 온도차이면 충분합니다. 발명가들은 예를 들어 이 이상한 엔진이 원자력 발전소의 냉각수에 의해 운반되는 열을 사용하는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다. 금속의 자기 특성을 변경하기 위해 태양열(또는 기타)이 사용되는 모터도 가능합니다. 덕분에 기계적 작업도 얻을 수 있습니다. 이에 대한 예시는 발명가이자 언론인 A. G. Presnyakov가 제안한 엔진입니다. 그것은 매우 간단하고 스포크가있는 림으로 구성되어 있습니다. 림은 강자성 합금으로 만들어져 +65 °C에서 자기 특성을 잃습니다. (오늘날 합금은 낮은 온도에서 이러한 손실이 발생하는 곳을 이미 알고 있습니다.) 림에 충분히 가깝게 강력한 영구 자석을 설치하고 열조차 가하지 않도록 합니다. 림의 인접 부분을 끌어당겨 회전시킵니다. 그러한 엔진이 매우 약하다고 생각해서는 안됩니다. Presnyakov가 건설한 태양열 워터 리프트는 사막에서 시간당 최대 800리터의 물을 펌핑했습니다. Presnyakov는 또한 강한 전기 램프의 빛으로 굴러가는 카트를 만들었습니다. 원칙적으로 젊은 디자이너라면 누구나 그러한 모델을 만들 수 있습니다.
일부 발명가는 삼투 현상을 이용하여 기계적 작업을 수행하려고 합니다. 과도한 삼투압이 생성되는 반투과성 격막을 통한 물질의 확산으로 구성되는 것으로 알려져 있으며, 영국에서는 다소 복잡하지만 발명가에 따르면 자동차에 사용하기에 적합한 삼투 엔진에 대한 특허 번호 1343391이 발행되었습니다. Makeevka의 소비에트 엔지니어 P. Rogovik은 축축할 때 재료의 팽창을 기반으로 하는 매우 간단한 저속 저전력 삼투압 엔진을 제안합니다. 예를 들어 젤라틴이 부풀어 오릅니다. 발명가는 축 높이까지 물에 잠긴 두 개의 롤 사이에서 이 재료의 링을 압착했습니다. 레벨 아래에 있는 링 부분은 팽창으로 인해 팽창하고 롤에 압력을 가하여 롤을 회전시킵니다. 롤과 함께 링도 천천히 회전합니다. 부풀어 오른 부분은 점차적으로 올라가고 건조한 부분은 가라 앉고 물을 흡수하며 부풀어 오르고 롤에 압력을 가하여 계속 회전시킵니다. 물에서 나오는 고리 부분은 마르고 순환이 계속됩니다. 젊은 디자이너는 이국적인 모터의 또 다른 모델을 만들 수도 있습니다. 그것은 렌즈를 통해 초점을 맞춘 전등이나 태양의 빛 에너지에서 작동합니다. 구성을 위해서는 다양한 열 계전기에 사용되는 여러 개의 바이메탈 플레이트가 필요합니다. 서로 다른 열팽창 계수를 가진 두 개의 금속 스트립으로 조립된 바이메탈 플레이트는 가열될 때 다소 강하게 구부러지는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어 플라스틱으로 만들어진 작동 실린더는 한쪽 끝에서 실린더에 부착된 바이메탈 플레이트로 주변을 감싸고 있습니다. 다른 쪽 끝에는 가중치가 있습니다. 실린더는 용기 가장자리에 있는 두 개의 부싱에 고정된 스포크에 장착됩니다. 정상 상태에서 판은 원통 둘레를 따라 구부러져 있습니다. 가열되면 플레이트가 곧게 펴지고 벽에서 멀어지고 무게의 균형이 깨지고 실린더가 스크롤됩니다. 이 판의 자리는 새 판이 차지하고 있습니다. E, 곧게 펴고 식힌 다음 다시 실린더 벽을 누릅니다. 냉각 속도를 높이기 위해 찬물을 용기에 부을 수 있습니다. 2. 마력의 은행 우리는 열 엔진이 지속적으로 개선되고 있다는 사실에 대해 이야기했습니다. 연료 소비와 배기 가스 독성이 감소하고 있습니다. 그러나 공정한 질문이 생깁니다. 이러한 부정적인 특성 없이도 할 수 있습니까? 이 질문에 긍정적으로 답할 수 있습니다. 연료 연소가 필요하지 않은 차량용 에너지를 얻은 다음 이 에너지를 소비자에게 "위임"하여 배터리에 축적할 수 있습니다. 이제 세계 에너지의 대부분은 화력 발전소, 즉 화력 발전소에서 생산됩니다. 거대한 크기의 특수 엔진 형태로 상상하면 가능한 한 경제적이며 대기가 덜 고통받는 것을 볼 수 있습니다. 더 큰 힘의 고정 장치에서는 작동 조건이 매분 변경되는 수천 개의 소형 엔진보다 정확한 연료 연소를 조절하는 것이 훨씬 쉽습니다. 그러나... 화력 발전소는 환경 친화성, 즉 특정 기술 적용 분야에서 발생하는 자연 과정에 유해한 영향이 없는지 테스트를 통과하지 못합니다. 그러나 인류는 자신에게 봉사하고 환경 친화적인 에너지원을 사용하며 그 자원은 사실상 고갈되지 않습니다. 이것은 태양, 강, 조수, 바람, 지구의 내부 열, 해양 열 및 해류의 에너지입니다. 상대적으로 무해한 핵(미래 및 열핵) 스테이션. 이러한 소스에서 받은 에너지는 다양한 방식으로 소비자에게 제공될 수 있습니다. 후자가 고정되어 있거나 특정 경로(전철, 트램, 트롤리 버스)에 연결되어 있는 경우 전선을 작동시키십시오. 소비자가 움직이면 그 에너지를 미리 축적해야 이렇게 잘려진 "에너지 통조림 식품"으로 검게 변한 엉덩이를 움직일 때 사용할 수 있습니다. 그건 그렇고, 그러한 에너지는 고대부터 사용되었습니다. 물론 최초의 배터리는 사람이 위치 에너지를 저장하는 가장 단순한 기계 장치였습니다. 들어 올린 하중, 늘어진 묶음, 투석기-이러한 유형의 배터리는 옛날부터 사용되었습니다. 오늘날에도 비슷한 배터리가 있습니다. 그들은 시계, 가전 제품, 어린이 장난감과 같이 태엽 장치 스프링의 형태로 매우 널리 사용됩니다. 이전에는 차량에도 사용되었습니다. 예를 들어 황제가 퍼레이드 여행을하는 거대한 시계 태엽 전차가 만들어졌습니다. 스프링은 마차 안에 숨겨진 노예에 의해 끊임없이 감겨졌습니다. 그러나 스프링 장착 배터리는 에너지 밀도, 즉 단위 질량에 포함되는 양이 낮습니다. 고무 탄성 축 압기에서 훨씬 더 많습니다. 모든 모델러는 탄성 밴드로 만든 모터가 비행기와 헬리콥터 모델을 공중으로 들어 올리는 것을 알고 있습니다. 물론 여기에는 낮은 CPV, 취약성이라는 단점도 있습니다.
운송 차량의 경우 다른 배터리가 더 적합하며 너무 많은 에너지를 축적하여 수십, 수백 킬로미터를 이동할 수 있습니다. 압축가스입니다. 에너지 축적은 가스가 압력을 받고 실린더로 펌핑될 때 발생합니다. 방출 - 가스가 실린더에서 방출될 때. 예를 들어 렌치, 드릴과 같은 공압 수공구에 사용되는 것과 유사한 공압 모터가 여기에서 작동합니다. 1876년 초 프랑스 도시 낭트에 압축 공기 전차가 건설되었습니다. 그는 한 주유소에서 30km의 경로를 극복했습니다. 2800atm으로 압축됩니다. 총 부피가 8리터인 10개의 실린더가 공기로 채워졌습니다. 소비량은 킬로미터당 12kg의 공기였습니다. 총 공급량은 100-50km에 충분했습니다. 이 아이디어는 오늘날 잊혀지지 않습니다. Pneumoaccumulators는 도시 조건에서 작동하는 자동차에 나타났습니다. 이탈리아의 Sorgato 회사는 XNUMX 개의 강철 압축 공기 실린더가 장착 된 자동차를 실험하고 있습니다. XNUMXkm/h의 속도로 약 XNUMXkm를 주행하기에 충분합니다. "pneumomobile"의 무게는 약 XNUMX톤입니다. 공압 어큐뮬레이터는 다른 가스, 대부분 액체 질소로 "충전"되며, 그 중 50리터는 230km 자동차 주행에 충분합니다. 그러나 가스 어큐뮬레이터에는 단점과 중요한 단점도 있습니다. 따라서 주입되면 가스가 가열되고 방출되면 냉각됩니다. 그리고 이것은 비생산적인 열 에너지 손실입니다. 더 유망한 것은 또 다른 에너지 축적 장치인 플라이휠입니다. 회전할 때 운동 에너지의 형태로 기계적 에너지를 축적하고 회전하는 동안 플라이휠에 존재합니다. 55년 이상 된 가장 오래된 플라이휠 중 하나는 고고학자 Leonard Woolley가 이라크 발굴 중에 발견했습니다. 고대 마스터의 물레 역할을 한 거대한 바퀴입니다. 시간이 지남에 따라 플라이휠은 상당한 변화를 거쳐 강철 디스크로 바뀌었고 그 모양은 "동일한 강도"의 요구 사항에 따라 결정됩니다. 결국 스핀 업 속도도 증가했습니다. 오늘날 진공 챔버에 배치되어 공기와의 마찰로 인한 매우 큰 손실을 줄입니다. 같은 목적을 위해 베어링 대신 자기 베어링이 사용되며 마찰 손실은 실질적으로 제외됩니다. 회의론자들은 배터리로서의 플라이휠의 주요 단점 인 낮은 에너지 밀도를 지적하면서 오랫동안 입장을 밝혔습니다. 그것이 연결된 것과! 모든 것이 간단 해 보일 것입니다. 회전 속도를 두 번 올리면 물리학에서 알 수 있듯이 플라이휠의 운동 에너지가 네 배가됩니다. 그러나 동시에 플라이휠 본체의 기계적 부하도 XNUMX배로 증가하여 다른 사람에게 큰 위험을 초래하는 파편이 형성되어 파열됩니다. 그런 다음 과학자와 디자이너를 찾아 얇은 섬유 또는 테이프를 감아 만든 소위 슈퍼 플라이휠을 만들었습니다. 사실 현대식 필라멘트 및 테이프와 같은 재료는 엄청난 강도를 가지고 있습니다. 동일한 재료로 만들어진 단일체보다 몇 배 더 강합니다. 슈퍼플라이휠 파열도 더 안전합니다. 얇은 섬유나 테이프는 심각한 파괴를 일으킬 수 있는 파편을 형성하지 않습니다. 이 라인의 저자는 휴식을 위해 테이프 슈퍼 플라이휠을 테스트해야했습니다. 두께가 XNUMXmm 인 케이싱도 뚫을 수 없었지만 모 놀리 식 플라이휠은 미터 벽을 신경 쓰지 않았습니다. 가장 중요한 것은 슈퍼 플라이휠의 에너지 밀도가 모 놀리 식 플라이휠보다 훨씬 높다는 것입니다. 이론적으로는 전기 배터리보다 훨씬 높지만 실제로는 양보하지 않습니다. 그러나 배터리는 에너지 밀도뿐만 아니라 전력 밀도, 즉 각 킬로그램의 질량이 발전하는 전력도 특징입니다. 이 지표에 따르면 플라이휠은 동등하지 않습니다. 따라서 슈퍼 플라이휠은 미래 운송을 위한 유망한 배터리(및 엔진)입니다. 그것은 자동차의 빠른 가속과 덜 효과적인 제동을 제공하며 내구성이 뛰어납니다. 한마디로 배터리 자동차에 필요한 모든 품질과 지금은 부족한 모든 품질입니다. 슈퍼 플라이휠은 버스, 지하철 열차, 택시 및 빈번한 가속 및 감속과 함께 주기적으로 바쁜 일정으로 운영되는 기타 도시 교통 수단을 운전하는 데 특히 유망합니다. 회전하는 진공 챔버에 있는 현대식 슈퍼 플라이휠은 몇 주 동안 에너지를 저장하며 특수한 양귀비 배터리 샘플은 수년 동안 그것을 지배할 수 있습니다. 에너지 절약 측면에서 그들은 전기 또는 더 정확하게는 전기 기계 배터리라는 합당한 경쟁자가 하나뿐입니다. 묽은 황산에 구리 및 아연 전극을 배치 한 Alexander Volta가 최초의 갈바니 전지를 받았을 때 출현 날짜는 1799 년으로 간주 될 수 있지만 비교적 최근에 만들어졌습니다. 결국 거의 모든 갈바니 전지는 원칙적으로 전류가 반대 방향으로 통과되어 충전되면 배터리가 될 수 있습니다. 손전등과 트랜지스터 수신기에 사용되는 일반 건전지도 배터리처럼 8~10번 충전할 수 있다. 또 다른 한 가지는 이러한 "충전"이 특히 경제적으로 수익성이 없다는 것입니다. 효율성이 매우 낮습니다. 그러나 알다시피, 그것은 여전히 폐기된 배터리보다 훨씬 높습니다. 실제 배터리는 기존의 갈바닉 배터리보다 비싸지만 8-10회의 재충전 주기가 아니라 XNUMX배 이상 더 견딜 수 있습니다. 따라서 전기 배터리에 에너지를 저장하는 것은 그리 비싸지 않습니다. 전기 배터리 중에서 납산 배터리가 가장 일반적입니다. 스타터 배터리로 모든 자동차에 설치됩니다. 이들은 겸손한 열심히 일하는 사람들이며 에너지 및 전력 표시기로 빛나지 않지만 매우 경제적입니다. 효율성이 높습니다. 사실, 그들은 서리, 고전류 및 강한 방전을 용납하지 않습니다. 그들과 달리 배터리는 소박하지만 효율이 낮습니다. 납산의 경우 0,4-0,5에 비해 최대 0,75-0,8입니다. 이 두 축전지에서 특별한 전망을 기대하는 것은 불가능합니다. 그들의 에너지와 전력 밀도는 낮고 그러한 하중을 가진 자동차는 주로 자체적으로 운반됩니다. 너무 무겁습니다. 현재 과학자들은 나트륨 황, 염화 리튬 등과 같은 초 농축기에 대한 특별한 희망을 가지고 있습니다. 그들은 고온 (300-600 °)을 유지하고 전해질이 녹습니다. 물론 자동차 사고로 이러한 배터리가 파괴되는 것은 좋은 징조가 아니며 특히 내용물을 예열해야 할 필요성을 고려할 때 효율성이 낮습니다. 그러나 에너지 밀도는 납산보다 150배 더 높고 전력 밀도는 XNUMX배 더 높습니다(질량 킬로그램당 최대 XNUMXW). 이러한 "초 축적기"는 아직 실험실 벽을 떠나지 않았으며 작업하고 작업해야합니다. 마지막으로 연료의 에너지를 전류로 직접 변환할 수 있는 소위 연료 전지를 언급하지 않을 수 없습니다. 이들 중 가장 흥미로운 것은 요소 자체에서 직접 물 분해 과정을 사용하는 산소-수소 요소입니다. 또한 생성된 가스를 저장하기 위한 컨테이너도 있습니다. 예를 들어 촉매, 고온 등의 도움으로 수소와 산소가 다시 물로 결합됩니다. 이 경우 물 분해 중에 소비 된 전기 에너지가 방출되고 배터리 에너지가 수소와 산소로 방출됩니다. 연료 전지는 전기 자동차에 매우 유망하지만 여전히 매우 무겁고 비쌉니다.
열 에너지 축전지는 눈에 띕니다. 그 자체로는 자동차를 움직일 수 없지만 예를 들어 스털링과 같은 열 엔진과 함께 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 우리는 이미 축열기인 용융 불화 리튬 양동이에서 약 XNUMX시간 동안 작동하는 모터 스쿠터에 대해 언급한 바 있습니다. 뜨거운 물이 담긴 보온병, 햇볕에 따뜻한 돌, 뜨거운 다리미, 한마디로 가열 된 몸체는 에너지 축적기입니다. 그러나 같은 온도로 가열된 신체보다 100배 이상 축적할 수 있는 화합물이 있습니다. 결정질 물질이 녹는 동안 온도는 소위 융해 잠열이라고 하는 특정, 일반적으로 상당히 많은 양의 열이 소비될 때까지 600도 상승하지 않는다는 것이 물리학에서 알려져 있습니다. 응고하는 동안 이 열은 물질의 온도 변화 없이 방출됩니다. 이 현상에 소위 용융 열 축적 장치가 구축됩니다. 필요한 온도가 800°C 미만으로 낮으면 다양한 결정 수화물이 축적 물질로 사용됩니다. XNUMX-XNUMX°의 온도에서는 불화물과 리튬 하이브리드가 가장 적합합니다. 위 - 일부 금속의 규화물 및 붕소화물: 열 축열기는 가장 유망한 유형의 축열기보다 더 많은 양의 에너지를 저장합니다. 유일한 문제는이 에너지를 기계, 전기 및 기타 "품질"유형의 형태로 사용하려고 할 때 주요 에너지 양이 손실되어 환경을 가열하기 위해 남겨진다는 것입니다. 또한 열을 "고품질" 유형의 에너지(예: 스털링 엔진, 열전소자 등)로 변환하는 장치의 질량은 전체 장치의 에너지 밀도와 같은 지표를 크게 감소시켜 가장 일반적인 유형의 에너지 저장 장치에 더 가깝지만 오늘날 열 배터리는 예를 들어 전기, 양귀비와 같은 다른 에너지 축전지에서 구동되는 운송 차량을 가열하는 데 유용할 수 있습니다. 배터리에 대해 이야기하면 항상 주요 지표인 에너지 밀도를 참조합니다. 다양한 유형에 대해 질량 킬로그램당 킬로줄로 표현하면 다음과 같습니다. 포텐셜 에너지 축전지용: 강철 스프링 - 0,32; 고무 - 32; 가스 및 수력 가스 - 28. 스털링 엔진이 있는 축열기 - 9. 전기화학 배터리: 납산 - 64; 니켈-카드뮴(알칼리성) - 110; 황산 나트륨 - 800; 서로 다른 디커플링 시간의 연료 전지 - 15-150. 플라이휠 배터리: 구멍이 있는 강철 디스크 - 30; 동일한 강도의 솔리드 디스크 - 120; 테이프 슈퍼 플라이휠 - 150; 특수 섬유로 만든 슈퍼 플라이휠 - 650(모델). 그러나 플라이휠 배터리에는 매우 큰 에너지 저장 매장량이 있다는 사실을 잊어서는 안 됩니다. 예를 들어 지금까지 실험실에만 존재하는 석영 섬유로 슈퍼 플라이휠을 만들면 에너지 밀도를 킬로그램당 5000킬로줄까지 높일 수 있습니다. 그리고 다이아몬드 구조의 "초희소"탄소 섬유를 사용하면 완전히 환상적인 수치 인 15kJ / kg을 얻을 수 있습니다! 최근 일본 과학자들은 그러한 결론에 도달했습니다. 결론적으로 나는 단순한 디자인의 축열기에서 얻은 축적된 에너지로 작동하는 "영구" 엔진의 흥미로운 모델을 구축할 것을 제안하고 싶습니다. 이를 위해 왁스 종이 또는 기타 얇고 강한 종이로 윗면을 whatman 종이 또는 단단한 알루미늄 호일로 접착하여 원통형 캡을 만듭니다. 이 덮개는 가장자리가 구부러진 컷아웃으로 형성된 임펠러 형태를 갖습니다. 최적의 굽힘 각도는 경험적으로 결정될 수 있습니다. 임펠러 중앙에는 가벼운 금속 네스트가 접착제에 부착되어 있습니다. 바늘 끝이 삽입되는 원추형 노치가 있는 포자입니다. 바늘의 뭉툭한 끝은 두꺼운 철사로 만든 삼각대와 함께 무거운 내화성 스탠드에 장착된 코르크에 들어갑니다. 캡은 바늘에서 휘지 않으며 아래에서 약간 밀거나 숨을 쉬면 쉽게 회전합니다. 이러한 "영구 모바일"을 작동시키려면 300-400 °로 가열 된 금속 블랭크를 스탠드에 놓고 캡으로 덮어야합니다. 축열기 블랭크는 공기가 아래에서 위로 후드 내부로 이동하도록 합니다. 터빈을 통과하면 공기가 더 빨리 회전할수록 축열기가 더 많이 가열됩니다. 블랭크를 녹은 납 또는 아연 캔으로 교체하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 그런 다음 실제 녹는 배터리를 얻습니다. 물론 불화리튬이나 수소화리튬을 사용하는 것이 가장 좋다. 여기에서 자신을 태우지 않고 불을 피우지 않도록 매우 조심해야하지만 실험은 특수 장비를 갖춘 물리 실험실이나 작업장에서 수행해야합니다. 아마도 누군가는 이 캡으로 전등을 덮는 것이 더 쉽다고 말할 것입니다. 그런 다음 전등 갓 캡(동시에 칠할 수 있음)은 램프가 켜져 있는 동안 회전합니다. 그러나 동시에 우리는 기존의 열기관이 에너지 저장 없이 작동하도록 만들 것입니다. 우리는 미래의 기계를 위해 개발되고 있는 일부 유형의 열 엔진에 대해서만 이야기했습니다. 물론 이들은 미래의 모든 주요 모터 유형이 아닙니다. 물론 젊은 디자이너와 모델러도 개발을 시도할 수 있습니다. 그러나 새로운 엔진을 만드는 것은 복잡하고 시간이 많이 걸리는 문제이며 심각하고 전문적인 지식이 필요하다는 점을 기억해야 합니다. 하나의 "발명품"은 많은 것을 성취하지 못할 것입니다. 아이디어의 성능에 대한 첫 번째 테스트는 자체 구축 운영 모델이 될 수 있습니다. 저자: N. Gulia
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