В поисках «энергетической капсулы»

И все-таки электрический и механический «маятники», несмотря на общность законов их колебаний, не могут заменить друг друга в технике. Представьте себе, что было бы, если бы в подвеске автомобиля вместо рессор ставили конденсаторы, в телевизоре вместо конденсаторов – рессоры, а катушки заменили маховиками!

Успешно сотрудничают не только накопители разных типов. «Союз» с накопителями очень полезен и для тепловых двигателей. Любой двигатель хорошо работает на какой-то одной скорости, в каком-то одном режиме. Тогда у него и расход горючего наименьший и выхлоп менее вредный. Изменение режима всегда ухудшает работу двигателя.

К сожалению, постоянные скорость и мощность двигателя чаще всего не нужны машине, на которой он установлен. Автомобилю, например, для разгона и подъема в гору требуется наибольшая мощность, при движении по ровной дороге без уклона на невысокой скорости – совсем небольшая, а на спусках и при торможении мощность им не только не потребляется, но даже выделяется. Сейчас эта мощность безвозвратно теряется, впустую нагревая тормоза и изнашивая их, хотя накопители энергии, в первую очередь маховичные и гидрогазовые, отлично могли бы сохранять ее и отдавать при разгонах машины.

Поэтому специалисты если и видят будущее тепловых двигателей на автомобилях, то непременно в союзе с накопителями. Двигателю предоставят возможность работать в наилучшем для него режиме, выдавать среднюю мощность, «подпитывая» накопитель. А остальное – дело накопителя. Он будет или расходовать энергию на разгонах, подъемах, обгонах, или накапливать ее при торможениях и на спусках. Такой режим работы позволит чуть ли не вдвое снизить расход горючего, во много раз уменьшить вредность выхлопа, получить немало всяких других преимуществ.

Предвижу твой вопрос, читатель: «Почему же сегодня, несмотря на очевидные выгоды, причем выгоды огромные, мы еще не встречаем «энергетические капсулы» повсюду?»

Прежде всего потому, что супермаховик – изобретение молодое: ему нет и 20 лет. А первые серьезные опыты, показавшие преимущества супермаховиков над другими накопителями, проведены только несколько лет назад. К слову сказать, преимущества дизеля над бензиновым двигателем или щелочного аккумулятора над кислотным доказаны уже около 100 лет назад, но до сих пор ни те ни другие не вытеснили своих менее перспективных собратьев.

Кроме того, супермаховичная «энергетическая капсула» – устройство весьма непростое. Для изготовления полномасштабного супермаховика для реально работающей машины необходимо сложное и дорогое оборудование. Пока это могут позволить себе лишь крупные авиационные и аэрокосмические предприятия. Но постепенно такие устройства, как говорится, «спускаются на землю» и начинают служить, может быть, на менее экзотичных, но гораздо более распространенных машинах. Над созданием супермаховиков сейчас усиленно работают научные и инженерные коллективы многих высокоразвитых государств мира, включая нашу страну.

Уже получены успешно работающие опытные образцы автомобилей, электромобилей, метропоездов, солнечных и ветровых электростанций, различных приборов и многих других устройств, использующих супермаховики. Но и при разработке этих опытных образцов встречается много трудностей, порой непредвиденных.

Мне с товарищами по работе довелось строить и испытывать автобусы как с гидрогазовыми, так и с маховичными накопителями в соединении с тепловым двигателем. Поскольку накопители здесь могли сохранять, или, иначе говоря, рекуперировать, кинетическую энергию машины, мы их называли просто рекуператорами.

Признаться, строя свой, первый у нас в стране маховичный рекуператор, мы изрядно намучились. Виноваты были где-то и мы сами, где-то производственники, сказывалось и полное отсутствие опыта в этом новом деле. Все перипетии нашей работы я описал в шуточном рассказе, опубликованном лет десять назад в одном популярном журнале. Вот этот рассказ.

Как мы делали рекуператор

(шуточный рассказ)

На стадии проектирования почти каждую ночь меня озаряли новые идеи, а утром конструктор с ужасом узнавал, что чертежи опять надо переделывать. Наконец документация была готова, ее размножили и отдали на завод, директор которого после долгих уговоров согласился изготовить «этакую маленькую модельку». Начальник производства, увидев чертежи, наотрез отказался от работы, заявив, что это не «моделька», а адская машина и что она «не пойдет», то есть не будет работать. С полчаса мы препирались, пока я не спросил, а почему, собственно, «не пойдет»?

– Был у нас тут один доцент, – ответил начальник производства, – мы ему сделали тоже инерционный, но не рекуператор, а грохот. Грохот не работал. Стало быть, и ваш не будет.

Я столь же убедительно возразил, что то был доцент, а я профессор и наша конструкция будет работать.

Короче говоря, машину все таки запустили в производство. И тут началось...

Прежде всего корпус, в котором должен был вращаться маховик, изготовили меньшего диаметра, чем сам маховик. Пробовали затолкнуть его туда прессом, но я категорически запротестовал. Тогда решили расточить корпус и обточить маховик. Обрабатывая корпус, начисто срезали ему один бок, а взявшись за маховик, сбили ему центровку – появилась статическая неуравновешенность. На корпус наварили длинную латку, после чего его ужасно искривило, и подшипники не полезли в гнезда. Маховик переточили и к статической добавили динамическую неуравновешенность. Я было совершенно потерял голову, но заводчане, воспользовавшись моей вынужденной командировкой, затолкнули все таки маховик в корпус на стотонном прессе и, выкрасив агрегат в голубой цвет, торжественно передали нам. Пришлось принять, хотя я и заметил им, что можно было не трудиться и не красить, во всяком случае, поверхности трения. Но радушные заводчане ответили, что для хороших людей им ничего не жалко, и отгрузили рекуператор.

Для стендовых испытаний рекуператора институт выделил нам подвал в только что выстроенном здании. Стояла холодная зима, а в подвале было тепло, и это нас радовало. Мы целыми днями разбирали рекуператор на детальки и исправляли заводские дефекты. Убедились, что стотонный пресс на заводе работает хорошо: маховик выпрессовать мы так и не смогли. Пришлось заливать в корпус азотную кислоту и таким неслыханным способом выпрессовывать, а заодно и балансировать маховик. Помогали нам энтузиазм и сноровка, мешали пары азотной кислоты и темнота в наглухо закупоренном подвале.

Основные дефекты мы ликвидировали, оставалось только собрать рекуператор. Детальки были аккуратно разложены на полу, завернуты в бумажки и пронумерованы, на потолке горела недавно установленная лампочка, а в просверленную в потолке щелку проникало дыхание наступающей весны. Я спокойно уехал в командировку отчитываться о проделанной работе, поручив лаборанту сборку рекуператора, которую нужно было провести не торопясь, тщательно, а самое главное, соблюдая чистоту деталей и смазки.

Ох уж эта весна! Какую злую шутку сыграла она с нами! Вернувшись из командировки в радужном настроении, я заглянул в наш подвал и... обомлел. При тусклом свете лампы невозмутимый лаборант с сигаретой в зубах стоял в болотных сапогах чуть не по пояс в грязной воде. В руках он держал шланг, по которому мощная помпа гнала глинистый раствор наружу, через спасительную щелку в потолке. Подвал не был гидроизолирован, и в него прорвались талые воды. Две недели откапывали мы ржавые детали, узлы и, отчаявшись очистить их от грязи и ржавчины, собирали рекуператор как попало.

Настало время посылать агрегат на завод для установки его на автобусе. Наученный горьким опытом, я тщательно гидроизолировал ящик для рекуператора и только после этого отправил на товарную станцию. Но и этой предосторожности оказалось недостаточно. По дороге крышку ящика повредили, и на завод он пришел полный воды. Рекуператор плавал в ней, как огурец в рассоле.

Установив наш агрегат на автобусе и убедившись, что он не работает, завод возвратил его нам обратно вместе с автобусом. Опять грязегидравлические испытания, теперь по ноябрьским дорогам. Пробуем пустить машину сами – передача летит в куски. В чем дело? Ого! Приваривая ушко для крепления, заводской сварщик прожег корпус и накрепко приварил к нему маховик.

Наконец выкатили автобус во двор. Машиной управлял лаборант, а рекуператором с заднего сиденья – я. Договорились сигнализировать друг другу свистками: один долгий – тормоза отпустить, два коротких – нажать. Предстартовая нервозность сыграла свою роль, и я, запуская рекуператор, вместо одного длинного свистка дал два коротких. От обломков передачи пришлось спасаться бегством.

Я заметил, что каждый новый ремонт рекуператора занимал у нас все меньше времени. Мы привыкли к постоянному ремонту и не вылезали из-под автобуса. Нас даже прозвали «Карлсонами, которые живут под автобусом». Оттуда я консультировал студентов, там же выслушивал институтские новости и подписывал бумаги. Зимой мы примерзали спиной к асфальту. Нас вытаскивали из-под автобуса заботливые студенты.

Опять наступила весна. Мы вывели автобус бережно, как норовистого коня. Выбрали тихую улочку, разогнались, и я уверенно включил рекуператор. Но это я лишь решил, что включил его. На самом деле я перепутал тумблеры, которые были заменены только накануне, и вместо «пуска» включил «аварийную остановку». Полетела прочнейшая стальная лента, связывающая маховик с колесами машины. Тут же склеили ее клеем №88. Попробовали катить автобус – катится. Остановили – что-то с глухим стуком упало на асфальт. Глянули под автобус – батюшки, кардан! Поставили кардан, поехали. Снова включили рекуператор – не работает. Остановились, выбежали, осмотрели – ничего непонятно. Я в сердцах стукнул по нему кулаком, и автобус пошел – сам! – плавно набирая скорость. Едва догнали его. Теперь работает, и еще как!

Если хочешь быть счастливым...

Заключение, в котором автор говорит о том, как стать счастливым, и подкрепляет это конкретными советами, как житейскими, так и чисто техническими, не забывая, конечно, и об «энергетической капсуле»

В своих афоризмах небезызвестный Козьма Прутков сказал: «Если хочешь быть счастливым – будь им!» Что ж, ему не откажешь ни в остроумии, ни в глубокомыслии. Но совет уж больно расплывчатый, неконкретный. Нисколько не посягая на лавры Козьмы Пруткова, я расшифрую это изречение так, как понял его сам: «Если хочешь быть счастливым – будь изобретателем!» Ибо нет, пожалуй, людей счастливее, чем изобретатели.

Однако на этом пути, юный читатель, немало «подводных камней», как впрочем, и в любом другом серьезном деле. Попытаюсь уберечь тебя от наиболее опасных из них, а заодно дам несколько советов.

Никогда не берись изобретать то, о чем мало знаешь; удачи здесь почти никогда не бывает, зато прослывешь «горе-изобретателем».

Постарайся изучить как можно больше в той области, в которой хочешь изобретать, особенно те изобретения, что были сделаны раньше; отнесись к ним с уважением и вниманием – их делали неглупые люди.

Вместе с тем не попадай под гнет авторитетов, не ищи традиционных решений – толкового изобретения таким путем не сделаешь.

Думай постоянно о своем изобретении, не забывай вспоминать о нем и перед самым сном – не исключено, что во сне ты увидишь решение мучающей тебя задачи.

Будь дружен с наукой, всегда обращайся к ней в трудных случаях, не иди с ней вразрез – и ты никогда не станешь изобретать «вечные двигатели», «инерцоиды» и прочие химеры, которые превращают изобретателя из самого счастливого человека в самого несчастного...

Я рассказал тебе в этой книжке о моем поиске, который, к счастью для меня, был удачным – я все-таки нашел свою мечту, свою «энергетическую капсулу». Если ты будешь честно и добросовестно вести свой поиск, не пожалеешь для него времени, – тебя обязательно ждет удача. По-другому просто не бывает – это подтверждается многовековой историей человеческого поиска, это закон.

Интересных и увлекательных задач, решению которых можно посвятить себя, бесконечно много. Но мне очень хотелось бы, чтобы ты, так же как и я, отправился на поиски «энергетической капсулы». Иначе я не стал бы писать для тебя эту книжку.

Не подумай вдруг, будто все самое основное в поиске «энергетической капсулы» уже сделано и тебе остались лишь крохи. Сейчас трудно даже представить себе, какой в действительности окажется «энергетическая капсула» будущего, которую, возможно, построишь ты. Я надеюсь, что это будет супермаховик, моему коллеге электрику, видимо, больше по душе конденсатор или сверхпроводник, а химику, конечно, электрохимическая батарея! Решение же, вероятнее всего, где-то посередине, на «стыке» двух или нескольких направлений.

Я чувствую, что ты хочешь подтверждающего примера. Пожалуйста.

Возьмем палку с двумя грузами на концах и раскрутим ее на стенде, как стержневой супермаховик из куска троса – вокруг поперечной оси. Что мешает крутить быстрее? Да все та же малая прочность – грузы, стремясь двигаться по прямой, разорвут палку и разлетятся. Это ахиллесова пята всех маховиков – рано или поздно разрывается даже лучший из супермаховиков.

Обратимся за помощью к электричеству. Силы притяжения электростатических зарядов, оказывается, могут быть очень велики. Если поставить двух людей на расстоянии метра друг от друга и передать одному из них всего 1 процент электронов, взятых у другого, то сила притяжения этих людей будет равна... силе тяжести всего земного шара! Не знаю, поверишь ли ты мне, но это так.

Теперь используем это свойство зарядов в нашем стержневом маховике. Будем по мере раскрутки отнимать у одного из грузов электроны и добавлять их другому, заставляя их притягиваться друг к другу все сильнее. Так мы можем раскрутить маховик до сверхкосмических скоростей без разрыва палки и разлета грузов. При этом, кроме колоссальной кинетической энергии, будет накоплена и громадная электроэнергия в виде заряда.

Ну, как идея? Стоит поработать? Учти только, что я умышленно не говорю тебе о трудностях на этом пути.

Ты скажешь: «Ну что за накопитель энергии – палка с грузами на концах! Это несерьезно». Но подобная «несерьезная» идея может послужить основой для создания вполне реальной конструкции.

Помнишь, я рассказывал о супермаховике, который мы навивали из металлической ленты? Тебе ничего не напомнила эта модель супермаховика? Да ведь это же конденсатор, обычный конденсатор из фольги – накопитель электронов! Правда, в конденсаторах лента навита не в один, а в два слоя. Но и супермаховик тоже можно навить из двух лент. Если мы теперь станем раскручивать такой супермаховик, подавая постепенно на его ленты-обкладки напряжение, то эти ленты, накапливая электрическую энергию, будут одновременно прижиматься друг к другу, повышая прочность супермаховика. А это ведет к увеличению запаса кинетической энергии в нем. Вот такая конструкция, которую мы разработали с моим учеником, основанная на «несерьезной» идее, была недавно признана изобретением, и нам выдали авторское свидетельство.

Или взять, например, так называемые пульсары – звезды малых размеров, но с громадной массой. Ведь они вращаются с огромными окружными скоростями, не доступными никаким супермаховикам, накапливают фантастическую кинетическую энергию. Почему же эти пульсары не разрываются? Не «пускает» гравитация, она мешает частицам пульсара разлетаться по инерции. Может, что-нибудь подобное ты придумаешь для маховиков?

Итак, в добрый путь, читатель! Ищи свою мечту и находи ее! Удачи тебе в твоем поиске!