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.
* * *
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.