Вечный двигатель Made in China. В чём секрет?

Поднебесная оставила позади весь мир неожиданным изобретением

Двигателестроение — одна из тех инженерных отраслей, в которых Китай пока еще зависит от России, а не наоборот. Однако очень скоро все может измениться. Китайские инженеры готовятся перевести всю технику на двигатели собственного производства.


Пилотируемый космический корабль «Шэньчжоу-12». Уникальный двигатель Стирлинга, который можно использовать для космических аппаратов и подводных лодок
А недавно представили уникальный двигатель Стирлинга, который можно использовать для космических аппаратов и подводных лодок. Пока что создан только работающий прототип. Хотя, скажем, у NASA есть патент на похожую разработку, но он так и не доведен до практического воплощения. А китайцы обошли всех.

Бесшумный двигатель в форме гантели будет двигать субмарины
Генератор Стирлинга — двигатель внешнего сгорания, он работает за счет тепла так же, как, например, паровая машина. И что важно, работает очень тихо. Это идеально подходит для отраслей, где тишина имеет решающее значение, например, на подводных лодках и в аэрокосмической промышленности.

В ходе недавней демонстрации прототип выдал революционную мощность в 102 киловатта от источника тепла при температуре 530 градусов. Это был первый случай в истории, когда мощность генератора данного типа превысила порог в 100 кВт — значит, скоро можно запускать в серию.

Исторически в преобразовании тепла в электроэнергию доминировали паровые турбины — устройства огромные, шумные и крайне требовательные. Собственно, и генератор Стирлинга, изобретенный два столетия назад, тоже не был образцом эффективности.

И вот только сейчас китайцы довели изобретение рукастого шотландского священника Роберта Стерлинга до идеала.

Китайский генератор был создан Техническим институтом физики и химии при Академии наук Китая. Причем двигатель небольшой — всего 2 метра в длину, имеет форму гантели. Но работает с впечатляющей эффективностью.


Классический двигатель Стирлинга с конфигурацией B-типа, при которой рабочий и вытеснительный поршни собраны в одном цилиндре
— В настоящее время эффективность термоэлектрического преобразования составляет около 28%. А при использовании теплоносителя с температурой 600 градусов эффективность может достигать 34%, — говорит профессор Ху Цзяньин.

Профессор Лу Эрцанг отметил надежность генератора, простоту конструкции, небольшое количество движущихся частей и совместимость с различными источниками тепла.

— Он работает тихо и эффективно и может использовать различные виды тепла, включая солнечную энергию, ветер, биогаз от бытовых или сельскохозяйственных отходов, — говорит профессор Лу Эрцанг.

Шотландский пастор и китайская смекался перевернут мир
Китайцы видоизменили и дополнили двигатель. Принцип его действия теперь таков. Двигатель преобразует тепло в звуковые волны, которые резонируют, образуя стабильное звуковое поле. Эти волны затем приводят в движение поршень, который, в свою очередь, вырабатывает электричество.

— Гелий высокого давления при 15 мегапаскалях служит в качестве рабочей среды, а отсутствие механических деталей, нуждающихся в смазке, означает, что срок службы генератора может превысить десятилетие, — объясняет профессор Ху Цзяньин.

Придуманный 200 лет назад двигатель все это время привлекал инженеров именно своей бесшумностью и исключительной надежностью (она не идет ни в какое сравнение даже с ДВС).

Современные подводные лодки в разных странах (в том числе китайские) используют двигатели Стирлинга как источник питания. Однако разработанный инженерами Академии наук Китая тип двигателя открывает новые возможности. Да и, в конце концов, это открытие просто впишут в учебники: звук преобразуется в электрическую энергию.

— Наш линейный двигатель состоит из поршня, приводимого в движение звуковыми волнами, постоянных магнитов и катушек. Это симметричная и почти идеальная конструкция, — говорит профессор Ху Цзяньин.

— Пространство между поршнем и цилиндром толщиной примерно с человеческий волос. Это предотвращает соприкосновение деталей, сохраняя при этом внутреннюю герметичность.

Кстати, еще в 2015 году NASA запатентовала термоакустический двигатель в паре с генератором переменного тока. Это позволило бы вырабатывать электроэнергию в космосе. Однако с тех пор американцы так и не создали даже работающий прототип.

А китайцы, напротив, все больше задумываются о распространении двигателей внешнего сгорания. На фоне дефицита энергии, становящейся всё более дорогой, и экологических проблем преимущества двигателей Стирлинга все очевиднее.

Некоторые китайские производители готовы устанавливать генераторы Стирлинга в своих электромобилях. Также подобные двигатели применимы в городском хозяйстве: биогаз из бытовых отходов может не только отапливать, но и освещать дома.

Китайцы уже проводили эксперименты по использованию энергии ветра, чтобы тепловые наносы Стирлинга использовать в качестве бытовых кондиционеров. Возможно, через несколько лет такие приборы Made in China станут мейнстримом.

Дмитрий Капустин