ЭНЕРГИЯ ДЛЯ ПОЛЕТА
Вад. Пикуль
ИР 11(671) за 2005 г.
http://www.i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=11&id=1121
Раз уж в самом деле развертывается подготовка к обживанию Луны и рассматриваются проекты морского старта пилотируемых космических кораблей, то не обойтись без обновленных методов энергообеспечения. В ИР, 10, 04 уже рассказывалось о не совсем обычном проекте лунной ракеты и ее всепогодном старте с водной поверхности. В том очерке я не коснулся аспектов энергообеспечения: безотходного производства криогенного ракетного топлива близ стартового плавучего комплекса, чтобы не прибегать к дальнему перевозу... Первые попытки найти инженерное решение я предпринял еще в конце восьмидесятых годов. Что послужило тому поводом?
Признаюсь, голову кружили разные конструктивные схемы "морской энерговыработки". Причем все они основывались на идее проточной щели, тракт которой прямоуголен в живом сечении и напоминает дюзу с горловым участком. Дюзу же образуют цилиндрическая поверхность и гладкая плоскость. В указанной цилиндровой стенке, как раз в месте горловой узости, предусмотрен оконный проем. Он обрамляет рабочий сегмент турбобарабана с короткими лопастями
Рис.1.
Словом, это обычное подливное колесо. Оно надежно действует как в беспрерывном свободном потоке, так и при пульсирующей струе воды или воздуха... Моя простенькая схема стала постепенно обретать на бумаге практический смысл. Правда, лишь после океанского рейса из Владивостока на Камчатку в 1973 г.
Океан тогда встретил нас полным штилем. Водная гладь будто дремала, а из рубки турбоэлектрохода пассажиров извещали ежедневно, что за бортом мертвая зыбь. Она же нами не ощущалась, и 30000-тонный лайнер "Советский Союз" по-хозяйски рассекал лазурную равнину.
Часто посещать кормовую площадку верхней палубы мы избегали по причине едкого дыма, что сваливался из огромной корабельной трубы. Да и грузов разных на юте хватало... Когда в конце пути я заглянул туда, то был поражен увиденным. Многотонные цистерны, по размерам мало уступающие железнодорожным двухосным, тихонько "вышли из повиновения". Порвав канаты крепления, они сгрудились в центре обширной кормы. Матросы-такелажники хлопотали вокруг этой "пирамиды", готовились к предстоящей разгрузке. Я же задумался. Вот тот пример работы сокрытых недюжинных сил мертвой зыби! Разве нельзя использовать это "дыхание" океана? Невольно вспомнился морской прибой, периодические удары волнового наката в расщелины береговых скал... Не прибегнуть ли к помощи щелевой дюзы? Так, чтобы "единые турбоколеса" воспринимали и воздействие дуновений воздушных масс океана, и кинетическую энергию поверхностных волн. А если рядом не будет скал и берегового прибоя, то их можно сформировать искусственно.
Не стану утомлять читателя изложением рутинного процесса обретения (а.с. 1645599) на ветроэлектрическую станцию "Валестена", своих первых патентов 2005201 под девизом "Бриз", 2008513 ("Новгород"), 2063541 и др. Кратко поведаю о версии, ближайшей к рассматриваемой теме, сочетающей идею "двухшестеренчатой турбины" с дюзами регулируемого сечения.
Итак, ветроволновая электростанция содержит фундаментную часть, т.е. круглую башнеподобную колонну 1 а еще подвижную поплавковую часть, которая имеет полупогруженный понтон 2. Волноприемная оконечность этого поплавка имеет вид лотка "Л", возвышающегося к турбинному механизму станции (как в проекте "Бриз"). Причем поплавок обладает обтекаемыми обводами и охватывает колонну с мини-зазором по скользящей посадке.
Рис.2.
Позади серединного сечения поплавок несет упомянутый в начале статьи механизм. В основе последнего — два полых барабаноподобных зубчатых колеса 3 (см. рис.2 и 3). Эти турбобарабаны покоятся на вертикальных осях и своими прямыми зубьями-лопастями находятся между собой в зубчатом зацеплении. При этом одно из указанных колес также сцеплено с малой шестерней "М". Она работает в составе шестеренчатого блока 4, который охватывает колонну, принадлежит ей и связан с ней подшипниками.
Прямозубые барабаны разнесены по бортам так, что их рабочие сегменты-боковины выступают за пределы обтекателя 5. Вместе с осями колес обтекатель жестко скреплен с кольцеобразной платформой 6. Шестеренчатый же блок своей большой шестерней "Б" возвышен над платформой так, что названная шестерня-маховик зубчатой дорожкой постоянно сцеплена с шестеренкой вала электрогенератора 7.
Здесь еще важно упомянуть о гладких плоскостях "П", кои принадлежат вертикальным поворотным лопаткам 8. Они вместе с зубчатыми барабанами и цилиндрическими боковыми стенками обтекателя создают бортовые проточные коридоры-щели "Щ" (рис.3).
Рис.3.
Таким образом, проточные коридоры принадлежат подвижной поплавковой части, имеют возможность автоматически регулировать свои живые сечения и вместе с прямозубыми турбобарабанами изменять, когда надо, положение последних по высоте.
В систему регулирования и стабилизации электровыработки данной ветроволновой станции входят: водобалластная установка поплавка, кормовые кили понтона (они на чертеже не обозначены), а также уже рассмотренные поворотные лопатки. При этом на вершине колонны предусмотрены упомянутая шестерня-маховик и ряд приборов. Таких как датчик крутящего момента на валу генератора, тахометр, амперметр, автомат поддержания рабочего режима...
Когда ветер поднимается, но пока не так силен и волна еще не разгулялась, понтон с помощью своей балластной системы находится в положении максимального всплытия. Кормовые кили, воспринимая своими верхними выступами воздушные течения, подправляют положение поплавковой части по азимуту так, чтобы оба турбобарабана срабатывали одинаково. Щелевые коридоры при этом раскрыты полностью.
Но вот появляются волны. Чтобы защитить тонкостенную обшивку поплавка от волновых ударов, поворотные лопатки несколько сокращают коридорные проходы (режим "d" на рис.3), понтон притапливается. Рабочие колеса перестраиваются в режим ударного восприятия волновой энергии. Крупногабаритная шестерня-маховик при этом в значительной мере "сглаживает" вращающий момент на валу генератора.
Однако при урагане величина заглубления понтона максимальна и поворотные лопатки обеспечивают минимальное поступление набегающих водовоздушных масс в щелевые коридоры. Прочность самих лопаток в подобных ситуациях достигается тем, что они обращаются в закрылки жестких боковин обтекателя. Он же принимает на себя главные удары разбушевавшейся стихии (см. режим "ß" на рис.3).
Теперь логично рассмотреть изначальный пример: штиль и мертвая зыбь. Палуба понтона стоит почти вровень с океанской поверхностью, кили полупогружены, носовой участок лотка "Л" при этом находится на расчетной глубине. На той, что регламентирует массу зарождающегося искусственного буруна. В чем соль?
Малоприметные вертикальные колебания
поверхностного слоя океанских вод, встречаясь с передней кромкой заглубленного
участка лотка, преобразуются. По настилу вверх один за другим катятся водяные
вихри. Вращение их ускоряется, и как только такой вихрь выныривает, то
обращается в крупный бурун.
Встречаясь с невысоким рассекателем "Р", каждая такая накатная волна
разделяется на два наступательных потока. Они-то и врываются в щелевые
коридоры. В результате свободных гидроударов этих потоков в зубья-лопасти обоих
барабанных сегментов турбоколеса обретают крутящий момент и вращаются.
Шестеренчатый блок-мультипликатор указанное вращение убыстряет и придает ему
беспрерывность.
Ну а ежели набегающие буруны закатят на лоток посторонний предмет в виде бревна-плавуна? В подобных случаях оператор, находящийся в рубке, вмешается в процесс. Путем рассогласования в положение лопаток 8 он резко развернет подвижную часть станции влево или вправо. Опасное бревно с помощью рассекателя будет отброшено в сторону, за борт.
Эффект от внедрения подобной
ветроволновой станции (ВВЭС), судя по капризам морей, Мирового океана,
ожидается весьма значительный. Изготовить рабочую партию таких ВВЭС способен
почти каждый машиностроительный завод, обладающий водным выходом в не
замерзающее зимой море. Недорогие материалы, простенькие технологии. Говорю это
как бывший главный инженер почти родственной фирмы... А если партию таких
электростанций по Волге вывести в Каспий на широту Махачкалы, Байконура — хотя
бы для начала? Думаю, энергии от них хватит на производство сжиженных кислорода
и водорода, чтобы пару раз в месяц посылать корабль к Луне. Причем корабль
немалый и с возвратом на Землю!
