Солнечные двигатели

Работа над моделью – будь то судно или авиамодель – юному конструктору приходится решать немало вопросов. Один из нихъ, какой поставить двигатель. Наиболее простой – механический, работающий от энергии растянутой резиновой ленты или скрученной стальной пружины. Миниатюрные электромоторы, питающиеся отхимических источников (баьарей или аккумуляторов), и миниатюрные двигатели внутреннего сгорания – это уже более сложные конструкции.

Наряду с достоинствами каждый из этих приводов имеет недостатки. В самом деле, двигатели, использующие энергию растянутой резины или скрученной пружины, после остановки модели нужно каждый раз заводить вновь. Непродолжительно работают и электрические моторчики, батареи и аккумуляторы «садятся», и модель останавливается. Еще большего внимания требуют двигатели внутреннего сгорания. И всё замыкается на топливе. Есть топливо – движется модель, нет – стоит.

Только существует еще один, быть может уже забытый , способ привода моделей. Он не требует ни накопителей механической энергии, ни химических источников, ни бензина.

В жаркий день от прямых солнечных лучей нагревается поверхность почвы, крыши домов, асфальт автомобильных дорог. Невидимые тепловые лучи нагревают воздух и воду, и всё что вокруг нас. Энергия, которая может приводить в движение различные механизмы.

Сегодня мы предлагаем познакомиться с тремя необычными двигателями.

Не потребляя топливо, каждый из них может производить полезную работу. Но не подумайте, что они вечные двигатели. Секрет их работоспособности прост. Вал вращает энергия солнечных лучей. В отличии от большинства известных гелиоустановок, в которых солнечная энергия преобразуется в механическую лишь с помощью промежуточных устройств, в этих двигателях цикл превращения «свет-вращение» осуществляется в одной установке.

Рассмотрим простейший солнечный двигатель, конструкцию которого предложил изобретатель Д.Пасечнюк. Посмотрите на рисунок. На жесткий стойке укреплен цилиндрический сосуд, выкрашенный снаружи черной краской. В торцевых частях вырезаны отверстия разного диаметра, внутрь со стороны большого отверстия, вставлен ротор с двумя многолопастными колесами. Лопасти в них наклонены в одну и туже сторону и под одинаковым углом. Вал ротора вращается на подшипниках.

Работает двигатель Пасечнюка так.Солнечные лучи, пажающие на черную поверхность сосуда, нагревают находившийся внутри его воздух. Давление в сосуде повышается, при этом оно одинаково действует изнутри на оба колеса. Но колеса имеют различные диаметры. Следовательно, крутящий момент большого колеса будет больше крутящего момента малого колеса. Лопатки большого колеса, напоминающие лопатки вентилятора, начнут непрырывно выкачивать из сосуда часть нагретого воздуха. Но природа не терпит пустоты, поэтому в то жн время через малое колесо всосуд будет засасываться холодный воздух из атмосферы. Внутри он нагреется и снова выйдет, но с противоположной стороны. Так, подобно вентилятору работает этот не потребляющий топлива двигатель.

Изготовить такой двигатель можно довольно быстро.В качестве сосуда подойдет жестяная банка ёмкостью 4-5 л, например от томатной пасты. Осторожно вырежьте в одном днище отверстие диаметром 60-80 мм, извлеките содержимое банки. Тчательнопромойте внутренние стенки.В другом днище прорежьте отверстие диаметром 30-40 мм. Покрасьте банку чёрной краской. Возьмите ровную медную трубку. Припаяйте к ней лопатки из жести . Вставьте ротор с лопатками внутрь сосуда (банки). Наденьте на него подшипники и закрепите их наопорах. Двигатель готов.

Рис.1.

У двигателя, который сконструировал Т.Буров (рис.2), КПД несколько выше, чем у двигателя Д.Пасечнюка. В качестве рабочего вещества в нём используется не воздух, а вода.

Рис.2.

Посмотрите на рисунок. Принцип его действия основан наизменении упругости водяных паров под влиянием нагревания и охлаждения. Рассмотрим замкнутую систему, состоящую издвух банок, соединённых между собой трубкой. Например, верхнюю. Здесь одна банка находится в тенипод защитой экрана, а другая находится освещается солнечными лучами. Лучи нагревают чёрную поверхность стенки. Темпратура воды в банке повышается. Вода начинает испаряться, и давление в банке увеличивается. По закону сообщающихся сосудов давление и в нагретой и в еще холодной банках будет стремиться уравновеситься. Под действие избыточного давления часть жидкости из нагретой банки через трубку вытеснится в холодную. Перераспределение воды в сосудах приведет к неуравновешенному состоянию, при котором левая часть ротора окажется более тяжелой, чем правая. Ротор начнёт вращаться.

Изготовить этот двигатель тоже можно из подручных материалов. Возьмите, например, жестяные банки из под сгущенного молока. Сбоку проделайте отверстие. Соейте содержимое и промойте банку. Сделайте отверстие на другой стороне. Затем возьмите медные трубки длимной 350 мм. Просверлите в них отверстия с каждого конца на длине 60 мм. Согните трубки посередине., а концы вставьте в банки. Места входа и выхода трубок тчательно пропаяйте толстым слоем припоя. Покрасьте банки в чёрный цвет. Через один из открытых концов трубки залейте внутрь банок 400 мл воды. Кусочками сожмите концы трубок, а сплющенные стыки пропаяйте.

Ротор собирается из 3-4 пар, соединённых таким образом банок. Места изгиба припаяйте к медному валу. Сверху наденьте защитный картонный экран. Двигатель к работе готов. Установите ось вращения ротора так, чтобы солнечные лучи освещали поверхность всех банок, находящихся с правой стороны. Ротор начнётся вращаться против часовой стрелки.

Для регулировки тени экран можно сделать вращающимся и расположить его наклонно, как показано на рисунке. Это улучшит работу двигателя. Перенося экран в ту или иную сторону, можно менять напрвление вращения ротора.

Мощность двигателя Т.Бурова можно значительно увеличить, если применить двух и даже трехрядную конструкцию жестяных банок большой ёмкости. Банки надо расположить так, чтобы каждая из них (разумеется, с незакрытой стороны) равномерно нагревалась солнечными лучами.

В отличии от уже рассмотренных двух солнечных двигателей последний третий двигатель более эффективный. Его проект предложили американские ученые (рис.3)

Рис.3.

Принцип действия этого двигателя напоминает работу двигателя внутреннего сгорания. Есть у него и цилиндр, и поршень, но только вот верхняя полость над рабочим поршнем выполняется большого объема. Есть у него еще один поршень, названный вытеснителем. Правда он скорее напоминает фильтр, чем поршень. Сверху вытеснитель покрыт проволочной сеткой, выкрашенной в черный цвет. В корпусе у него имеется вертикальный конический канал, забитый токой медной проволокой. И поршень и вытеснитель штоками крепятся к коленчатому валу, на который насажен маховик. Рабочим телом в этом двигателе служит воздух, который практически прозрачен для тепловых солнечных лучей. Чтобы понять, как работает этот двигатель, рассмотрим сначало положение, когда вытеснитель находится в нижней, а поршень в верхней мертвой точке. Тепловые лучи, свободно проходясквозь прозрачный купол, попадают на сетку. Она поглощает солнечную (тепловую) энергию и нагревается. Вместе с ней нагревается воздух, заполняющий пространство между куполом и сеткой. Нагреваясь, воздух с большой силой давитна стенки цилиндра. Снизу на поршень действует атмосферное давление, в сверху на этот момент – избыточное. В результате рабочий поршень будет перемещаться вниз, а вытеснитель – вверх. Нагретый воздух свободно проходит через металлический фильтр вытеснителя и отдает часть своего тепла медной проволоке. В увеличившемся объеме рабочей камеры температура, а следовательно, и давление воздуха уменьшается. Теперь снизу на рабочий поршень действует атмосферное давление, несколько превышающее давление внутри рабочей камеры. Поршень начинает перемещаться вверх, а вытеснитель сниз. Охлаждённый воздух из рабочей камеры проходит мимо нагретой медной проволоки, подогревается и заполняет пространство под куполом. Двигатель возвращается в исходной состояние, и цикл повторяется.

Коэффициент полезного действия такого двигателя большой. Его можно увеличить, если применить ситему оптических линз или зеркал для концентрации энергии солнечного потока. Увеличится КПД и в том случае, если использовать двойное остекление купола для уменьшения потери тепла в оружужающее пространство или применить водяное охлаждение для увеличения разности температур в рабочей камере.

Для того, чтобы с пмощью двигателя подобной конструкции получить мощность в одну лошадиную силу, нужно сфокусировать на прозрачном куполе световой поток, собранный с поверхности зеркала размером примерно в один квадратный метр.

Итак, три солнечных двигателя. С их помощью можно получать мощность от сотых олей до одной лошадиной силы! Где её можно использовать? Конечно, первый и второй двигатели можно использовать на судо- и автомоделях. В ясгый солнечный день они, не потребляя ни грамма топлива, смогут приводить во вращение не только ведущие колеса игрушечных автомобилей, грузовиков и тракторов, но и гребные винты и лопасти моделей лодок, катеров и кораблей. Важно правильно изготовить двигатель с любыми, зараннее заданными параметрами.

Что касается последнего, третьего двигателя, то в его работоспособности еще необходимо убедиться, хотя теоретически всё как будто бы правильно. Предлагаем вам сделать такой двигатель, испытать его и о результатах своей работысообщить нам в редакцию.

В.Заворотнюк.

Инженер

Размещено 05.10.2011

Статьи других авторов
На главную