Поиск - новости науки и техники

И чище, и выгоднее. Возможности электротранспорта вырастут благодаря новым энергоустановкам.

Каждый год объем научно-исследовательских работ в Московском государственном машиностроительном университете (МАМИ) увеличивается на 30-40 процентов. Импульс росту дала и реализуемая Минобрнауки РФ Федеральная целевая программа “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологичного комплекса России на 2014-2020 годы”. В ее рамках МАМИ реализует прикладные научные проекты, в осуществлении которых заинтересованы российские предприятия реального сектора экономики. В формировании тематики исследований большую роль играют восемь технологических платформ. Начальник управления научно-исследовательских работ, профессор, доктор физико-математических наук Аркадий Скворцов назвал ряд приоритетных тем, которые сегодня выполняет университет.

Это, например, проект “Разработка методов оценки энергетических и экологических свойств комбинированных энергоустановок на основе теории оптимального управления”. Основная его задача – создание новых принципов и методов сравнительной оценки энергетических и экологических свойств комбинированных энергетических установок для улучшения экологических показателей серийного автомобиля и уменьшения расхода топлива.
Другое направление представляет “Разработка программно-аппаратных технических решений в области создания универсального захватывающего устройства антропоморфного типа”. Фактически это подвижная механическая рука, которую можно использовать в мобильных робототехнических комплексах для выполнения сложных контактных операций в агрессивных средах химической и атомной промышленности. Она найдет применение и в реабилитационной медицине, как основа создания биопротезов человеческих рук.
Почти у всех проектов МАМИ есть нечто общее: поскольку большая часть разработок университета находится на уровне мировых аналогов, их успешная реализация поможет решить проблемы импортозамещения. В прошлом году вуз выполнял работы по 18 проектам, финансируемым Министерством образования и науки РФ, а также по грантам Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых. В марте этого года по решению Совета по грантам Президента РФ, исследования молодого ученого МАМИ Ф.Шустрова были поддержаны стипендией Президента РФ. Стоит добавить, что поддержка молодых ученых в рамках грантов и стипендий президента так же осуществляется Минобрнауки России.
Одну из разработок, над которой трудится университет в рамках ФЦП ИР, представил директор вузовского научно-технического центра “Силовые агрегаты” кандидат технических наук Лев Лежнев.
– Потребитель требует от автомобильных компаний все более совершенных машин, – рассказывает Лев Юрьевич, – эффективных, экономящих топливо, не загрязняющих окружающую среду. Это глобальная проблема! Решить ее чрезвычайно сложно, поскольку совершенствование традиционных конструкций практически исчерпало себя, достигнув максимальных характеристик. Чтобы совершить прорыв, нужны новые подходы. Едва ли не самый многообещающий – создание транспортных средств на электротяге. Как известно, электромобиль не делает вредных выбросов, а стоимость одного километра пути у него во много раз дешевле, чем у транспорта на традиционном топливе. Электропитание в два-три раза выгоднее углеводородного, которое буквально “пожирают” двигатели внутреннего сгорания. Достоинства очевидны, но есть одно “но”. Дорог в России множество, и установить вдоль них на столбах столько розеток для зарядки аккумуляторов, сколько потребуется, просто невозможно. А возить с собой массу аккумуляторов, чтобы хватило надолго, дорого и тяжело. Расходы будут столь велики, что разом перечеркнут все преимущества электротранспорта. Казалось бы, тупик. Однако стремительное развитие новых технологий в силовой электронике и системах управления помогли найти эффективные подходы, разработать принципиально новые механизмы. Они позволяют электротранспорту “дозаправляться” непосредственно во время движения.
Одна из таких новинок – бортовая электрогенерирующая установка, над которой работают специалисты нашего центра. Во время движения она периодически запускается и подзаряжает аккумуляторные батареи. Значит, можно значительно уменьшить их размеры, получить немалую экономию, а главное, увеличить пробег автотранспорта. Понятно, что требования к такой энерго-установке будут очень высокие: она должна быть недорогой, надежной, высокоэффективной, компактной, иметь большой ресурс и давать минимальное количество вредных выбросов. Неудивительно, что подобные устройства разрабатывают всего несколько компаний в мире.
Пока что нашу энергоустановку можно увидеть только на компьютерном мониторе в виде трехмерной модели (на нижнем снимке). Она очень компактна, при том что объединяет два двигателя: внутреннего сгорания и электрический. Благодаря ей автомобиль становится гибридным. Конструкция устройства базируется на свободнопоршневом двигателе внутреннего сгорания. Двигатель имеет два движущихся навстречу друг другу поршня, общую камеру сгорания. Каждый поршень соединен со своим электрическим генератором возвратно-поступательного действия и пневматической пружиной. Двигатель работает по двухтактному циклу и имеет непосредственный впрыск топлива в цилиндр. Такая концепция позволяет значительно повысить КПД энергоустановки, в первую очередь за счет снижения механических потерь: из системы исключаются кривошипно-шатунный механизм со всеми его шарнирами и механизм газораспределения. Устройство примерно на 30-50% меньше по массе и размерам, а его КПД на 10% выше зарубежных аналогов. Мощность установки 15 киловатт – достаточная, чтобы питать вместе с аккумуляторами среднего размера электробус.
Еще одно важное достоинство нашего двигателя – адаптивная геометрическая степень сжатия. Это делает его потенциально “всеядным”, то есть способным потреблять самое разное углеводородное топливо (даже низкие его сорта), а также газ. Эта особенность конструкции расширяет возможности применения универсальной установки и, самое важное, ускорит развитие автомобильного транспорта, использующего тяговый электропривод. Она найдет применение и в малой энергетике – как генератор электрической энергии для всевозможных резервных, аварийных энергоустановок, находящихся в отдаленных районах и труднодоступной местности, где нет электросетей и необходимо автономное энергообеспечение.
Центр “Силовые агрегаты” планирует закончить работу над энергоустановкой через два года, поэтому о ее цене говорить еще рано. Однако мы уверены, что она будет значительно ниже, чем зарубежные аналоги, поскольку выпускать устройство будут оте-чественные предприятия. На сегодняшний день проработана конструкция установки, а также системы управления и контроля параметров. Готовится конструкторская документация, по которой предприятия будут производить новинку. В конце 2015 года экспериментальный макет уже можно будет “пощупать”, а в следующем – начать испытания.
К работе над проектом мы активно привлекаем аспирантов, магистров, даже студентов младших курсов. Им интересно: ведь они участвуют в создании конкретного изделия, знают, каким оно получится и где будет работать. Преподаватели обратили внимание, что студенты стали более внимательно слушать лекции, поскольку понимают: эти знания им необходимы, чтобы сразу пустить в дело. Результаты продвижения проекта мы публикуем в ведущих отечественных и зарубежных изданиях.

На верхнем фото: Аркадий Скворцов

На нижнем фото: Лев Лежнев

Спецвыпуск подготовили
Наталия Булгакова,
Юрий Дризе,
Елена Зайцева

 Фото Андрея МОИСЕЕВА

ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF

Нет комментариев