Содержание
В Китае изобрели безтопливный ракетный двигатель | НьюсАйРу
Группа инженеров из Университета Ухань изобрели ракетный двигатель, для работы которого не требуется ископаемое топливо или специальный газ, а только лишь обычный воздух
Звучит достаточно фантастично, но тем не менее, группа ученых из Уханьского университета создали работающий прототип ракетного двигателя, в котором движущую силу создает поток воздушной плазмы, разогретой микроволнами.
Такой реактивный двигатель использует только воздух и электричество для производства высокотемпературной плазмы, которая создает необходимое давление для реактивного движения. Тесты и измерения мощности показали, что такой безуглеродный двигатель способен вырабатывать мощность, сопоставимую с мощностью обычного реактивного двигателя, работающего на керосине.
Плазма
Как учат в школе, плазма – это четвертое агрегатное состояние вещества. Другими словами — это ионизированный газ, состоящий из заряженных частиц.
В настоящее время плазму активно используют в различных отраслях промышленности, например для производства металлов, в энергетике, в производстве медицинских препаратов и тд. Плазменные реактивные двигатели использовались в космической промышленности, для их работы применялся специальный газ в качестве топлива. В прошлом году мы писали про самолет, созданный в Массачусетском технологическом институте, работающий на основе плазмы, использующий игольчато-разрядную решетку для генерации подъёмной силы.
Изобретение команды инженеров из Китая имеет более сложную конструкцию, и состоит из магнетрона, создающего микроволны, воздушного компрессора с датчиками воздушного потока, воспламенителя плазмы, кварцевой трубки, которая используется в качестве камеры сгорания.
плазменный ракетный двигатель
Воздух поступает в кварцевую трубку под давлением, образуя вихрь, который удерживает плазменную струю в стабильном состоянии. Контроль длины струи плазмы и давления плазмы контролируется магнетроном, при изменении его мощности.
Особенностью работы двигателя является высокая температура пламени, более 1000 °C. Эта особенность не позволила ученым измерять давление воздушного потока стандартными методами, датчики просто расплавлялись. Поэтому для измерения и визуализации давления был использован стальной шар массой 117 граммов, колебания которого говорят о наличии давления и движущей силы.
Чтобы рассчитать мощность установки ученым пришлось вычесть из результатов показатели мощности, генерируемые воздушным компрессором. Оказалось, что лабораторный двигатель создает мощность равную 28 кВт, такая мощность соответствует мощности реактивного двигателя.
Величина плазмы в зависимости от мощности СВЧ
Единственной проблемой, по мнению инженеров, является высокая температура, решением которой они займутся в процессе дальнейших исследований
2
17‐летний парень разработал двигатель, потенциально способный изменить индустрию электромобилей / Хабр
Исследование Роберта Сэнсона может проложить путь к производству электромобилей без редкоземельных магнитов.
Подробности — к старту нашего флагманского курса по Data Science.
Роберт Сэнсон — прирождённый инженер. Изобретатель из Форт‐Пирса, Флорида, посчитал, что в свободное время завершил не менее 60 инженерных проектов: от аниматронных рук до скоростных беговых ботинок и картинга, который может развивать скорость более 112 километров в час. И ему всего 17.
Роберт Сэнсон со своим новым синхронным реактивным двигателем
Пару лет назад Сэнсон наткнулся на ролик о преимуществах и недостатках электромобилей. В видео объясняли, что для большинства двигателей электромобилей нужны магниты, изготовленные из редкоземельных элементов, добыча которых может стоить дорого как с финансовой, так и с экологической точки зрения. Необходимые редкоземельные материалы могут стоить сотни долларов за килограмм. Для сравнения: медь стоит 7,83 доллара США за килограмм.
«Интерес к электродвигателям у меня врождённый, — рассказывает Сэнсон, который использовал их в различных проектах по робототехнике.
— Я хотел разрешить проблему экологичного производства и разработать другой двигатель».
Старшеклассник слышал о типе электродвигателя — синхронном реактивном двигателе, в котором эти редкоземельные материалы не используются. Этот тип двигателя используется для насосов и вентиляторов, но он недостаточно мощный для электромобиля. Сэнсон начал мозговой штурм, чтобы повысить его мощность.
За год Сэнсон создал прототип нового синхронного реактивного двигателя с крутящим моментом и эффективностью больше, чем у существующих двигателей. Прототип изготовлен из пластика, медных проводов и стального ротора и протестирован различными измерителями мощности. Скорость вращения двигателей определялась лазерным тахометром. В этом году работа принесла Сэнсону первую премию и $75 000 на Международной научно‐технической ярмарке Regeneron (ISEF) — крупнейшем [в США] конкурсе в науке, технологиях, инженерии и математике для старшеклассников.
Постоянные магниты двигателей состоят из неодима, самария и диспрозия.
Эти материалы используются во многих продуктах широкого потребления, включая наушники и наушники‐вкладыши, объясняет профессор электротехники и вычислительной техники в университете Мичигана Хит Хофманн. Хофманн много работал над электромобилями, в том числе консультировал Tesla в области разработки алгоритмов управления их силовым приводом.
«Кажется, количество приложений магнитов становится всё больше и больше, — говорит он. — Многие материалы добываются в Китае, поэтому цена часто может зависеть от нашего торгового статуса с Китаем». Хофманн добавляет, что Tesla в своих двигателях недавно начала использовать постоянные магниты.
Для вращения ротора электродвигатели задействуют вращающиеся электромагнитные поля. Эти электромагнитные поля создаёт статор — катушки проволоки в неподвижной внешней части двигателя. В двигателях с постоянными магнитами магниты, прикреплённые к краю вращающегося ротора, создают магнитное поле, которое притягивается к противоположным полюсам вращающегося поля.
Это притяжение раскручивает ротор.
В синхронных реактивных двигателях магнитов нет. Стальной ротор с прорезанными в нём воздушными зазорами выравнивается с вращающимся магнитным полем. Ключ к такому выравниванию — магнитное сопротивление. Крутящий момент создаётся, когда ротор и магнитное поле вращаются вместе, а увеличивается, когда увеличивается разница в магнетизме материалов — здесь это сталь и немагнитный воздушный зазор.
Сэнсон решил, что вместо воздушных зазоров может включить в двигатель другое магнитное поле. Это увеличило бы соотношение предельной и наименьшей индуктивности и, в свою очередь, увеличило крутящий момент. В конструкции есть и другие компоненты, но изобретатель не может раскрыть больше: в будущем он надеется запатентовать технологию.
В тестах на крутящий момент и эффективность новый двигатель превзошёл традиционный синхронный реактивный двигатель аналогичной конструкции.
«Как только у меня появилась эта первоначальная идея, мне пришлось сделать несколько прототипов, чтобы проверить, будет ли эта конструкция работать на самом деле, — говорит Сэнсон.
— У меня нет огромного количества ресурсов для создания очень продвинутых двигателей, поэтому мне пришлось сделать уменьшенную версию — модель в масштабе — с помощью 3D‐принтера».
Прежде чем он смог проверить конструкцию, потребовалось несколько прототипов.
«На самом деле у меня не было наставника, который мог бы мне помочь, поэтому каждый раз, когда двигатель выходил из строя, мне приходилось проводить массу исследований и пытаться устранять неполадки, — говорит он. — Но в итоге я смог получить работающий прототип на 15‐м двигателе».
Сэнсон проверил крутящий момент и эффективность своего двигателя, а затем — для сравнения — изменил его конфигурацию так, чтобы он работал как более традиционный синхронный реактивный двигатель. Он обнаружил, что при 300 оборотах в минуту его новая конструкция даёт крутящий момент больше на 39% и на 31% повышает эффективность.
При 750 об./мин эффективность увеличилась на 37%. Он не мог тестировать прототип при более высоких оборотах: пластиковые детали перегревались.
Этот урок он усвоил на собственном горьком опыте, когда один из прототипов расплавился прямо на столе, рассказывает он подкасту Top of the Class.
Для сравнения: двигатель Tesla Model S может развивать скорость до 18 000 об./мин, объяснил главный конструктор двигателей компании Константинос Ласкарис в интервью 2016 года Кристиану Руоффу для журнала об электромобилях Charged.
Сэнсон подтвердил свои результаты во втором эксперименте, где «выделил теоретический принцип, согласно которому новая конструкция создаёт явно выраженные магнитные полюса». По сути, этот эксперимент исключил все другие переменные и подтвердил, что улучшения крутящего момента и эффективности в его конструкции коррелируют с бо́льшим отношением предельной и наименьшей индуктивностей.
«Он определённо правильно смотрит на вещи, — говорит Хофманн о Сэнсоне. — Есть потенциал, это может стать следующей вехой». Однако он добавляет, что многие профессора работают над исследованиями всю свою жизнь, и «в конечном счёте они довольно редко завоёвывают мир».
Хофманн говорит, что материалы для синхронных реактивных двигателей недороги, но машины сложные и, как известно, производить их трудно. Таким образом, препятствие для их широкого применения и основное ограничение для изобретения Сэнсона — высокие производственные затраты.
Сэнсон соглашается с Хофманном, но говорит: «с новыми технологиями (например, 3D‐печатью), в будущем создать двигатель было бы проще».
Сейчас Сэнсон работает над расчётами и трёхмерным моделированием 16‐й версии своего двигателя, которую он планирует построить из более прочных материалов, чтобы протестировать её на более высоких оборотах. Если его двигатель продолжит работать с высокой скоростью и эффективностью, Сэнсон продвинется вперёд в процессе патентования.
Вся экспериментальная установка
Будучи старшеклассником Центральной средней школы Форт‐Пирса, Сэнсон мечтает поступить в Массачусетский технологический институт. Его выигрыш от ISEF пойдёт на оплату обучения в колледже.
Сэнсон говорит, что изначально не планировал участвовать в конкурсе.
Но когда он узнал, что одно из его занятий позволило ему завершить годовой исследовательский проект и статью по выбранной им теме, то решил воспользоваться возможностью и продолжить работу над своим двигателем.
«Я подумал, если смогу вложить в это много энергии, то смогу также сделать это проектом научной выставки и участвовать с проектом в конкурсах», — объясняет он. После хороших результатов на районных и государственных соревнованиях он перешёл к ISEF.
Сэнсон ждёт следующего этапа испытаний, прежде чем обратиться к какой‐либо автомобильной компании, и даже надеется, что однажды его двигатель станет для электромобилей предпочтительным.
«Редкоземельные материалы в существующих электродвигателях — основная причина, подрывающая производство электромобилей. — утверждает он. — Увидеть день, когда производство электромобилей станет проще благодаря помощи моей новой конструкции двигателя, — это было бы сбывшейся мечтой».
А мы поможем прокачать ваши навыки или с самого начала освоить профессию, актуальную в любое время:
Профессия Data Scientist
Профессия «Белый» хакер
В то время как некоторые считают водородные двигатели безнадежными, Китай делает большие ставки, находит GlobalData
В то время как некоторые считают водородные двигатели безнадежными, Китай делает большие ставки, находит GlobalData.
Несмотря на то, что скептики настаивают на том, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС) мертв, а водород не запускается, похоже, что в разных регионах проводятся значительные исследования и разработки в области технологии.
Китай, несмотря на то, что он является одним из крупнейших в мире производителей и рынков сбыта электромобилей (EV), активно изучает альтернативные энергетические технологии для автомобилей для достижения своих целей в области устойчивого развития, включая водородные двигатели внутреннего сгорания (h3 ICEs) для коммерческих автомобилей, считает GlobalData , ведущая компания по обработке данных и аналитике.
Киран Радж , руководитель практики «Подрывных технологий» в GlobalData, комментарии:
Поскольку, по прогнозам, технология ICE будет постепенно угасать, в Китае наблюдается бум вокруг ICE h3 для борьбы с загрязнением и изменением климата.
«Такие разработки происходят параллельно с производством водорода, зарядной инфраструктурой и транспортными средствами на водородных топливных элементах (FCEV), чтобы соответствовать требованиям более экологичной окружающей среды».
Абхишек Пол Чоудхури , Старший технический аналитик GlobalData, комментарии:
Производство водорода, особенно экологически чистого водорода, является дорогостоящим бизнесом, но при поддержке правительства отечественные фирмы разрабатывают совместимые с водородом ДВС для больших коммерческих автомобилей, получившие название «транспортные средства с водородным двигателем внутреннего сгорания». (HICEV).
«Эти двигатели обеспечивают нулевой выброс вредных веществ, быструю зарядку и увеличенный запас хода. Но, с другой стороны, их сложно и дорого создавать и обслуживать, но при этом возникают проблемы с безопасностью».
База данных Innovation Explorer GlobalData освещает инновации в Китае, которые ускоряют развитие технологии h3 ICE.
China Yuchai
China Yuchai International (China Yuchai) выпустила свой первый действующий водородный двигатель YCK05 для рынка коммерческих автомобилей Китая.
В водородном двигателе используются передовые технологии, в том числе многоточечный впрыск воздуха под высоким давлением, высокоэффективный малоинерционный турбонаддув и высокоэффективное сгорание на бедной смеси. Его конструкция улучшает конструкцию двигателя, а также его вспомогательные системы, такие как системы сгорания и газораспределения.
FAW
FAW Group (FAW) через свою дочернюю компанию FAW Jiefang разработала первый отечественный большегрузный коммерческий автомобиль с непосредственным впрыском топлива h3 ICE. Это мощный 13-литровый двигатель мощностью более 500 л.с.
Четырехцилиндровый двигатель с рабочим объемом 2 л, заявленным тепловым КПД около 55 % и турбокомпрессором обеспечивает двойной впрыск водорода и аммиака, которые можно гибко преобразовать в водород и другие нулевые компоненты. углеродотопливные продукты.
GAC
Компания GAC Motor (GAC) провела испытания водородного двигателя внутреннего сгорания с высоким тепловым КПД 44%.
Он также включает в себя модернизированную систему подачи водорода, которая увеличивает удельную мощность и снижает вероятность утечки водорода. Новый двигатель, по-видимому, имеет лучшие возможности рассеивания тепла, что снижает риск возгорания.
Weichai Power
Weichai Power заключила партнерское соглашение с China National Heavy Duty Truck (Sinotruk) для выпуска первого в Китае коммерческого грузовика с ДВС h3 под брендом Yellow River. Weichai Power создала 13-литровый двигатель с двигателем h3 для автомобиля, коммерческие приложения которого включают порты, города, электростанции, сталелитейные заводы, промышленные парки и другие уникальные транспортные условия.
Чоудхури заключает: «Китай стремится достичь углеродного пика к 2030 году и углеродной нейтральности к 2060 году в то время, когда экологически чистое и низкоуглеродное развитие стало общепринятым во всем мире. С помощью государственных субсидий можно с уверенностью предположить, что китайский рынок h3 ICE будет расширяться в будущем».
ПРОЧИТАЙТЕ последние новости, формирующие рынок водорода в Hydrogen Central
В то время как некоторые считают водородные двигатели безнадежными, Китай делает большие ставки, считает GlobalData, 25 октября 2022 г.
Китайский водородный двигатель
Китай рассматривает крайний срок для перехода на полностью электрический двигатель — смертный приговор для двигателя внутреннего сгорания
Франция, Великобритания и совсем недавно Шотландия объявили об усилиях по электромобилей.
Хотя некоторые из этих усилий могут оказать значительное влияние, ни одно из них не будет большим, чем если бы крупнейший автомобильный рынок в мире, Китай, сделал то же самое.
Теперь китайское правительство также, как сообщается, рассматривает крайний срок для перехода на полностью электрические автомобили, что фактически означало бы конец двигателя внутреннего сгорания.
Bloomberg сообщил, что высокопоставленный правительственный чиновник подтвердил, что они работают над графиком для такого крайнего срока:
«Синь Гобин, вице-министр промышленности и информационных технологий, сказал, что правительство работает с другими регулирующими органами над график окончания производства и продаж.
Этот шаг окажет глубокое влияние на окружающую среду и рост автомобильной промышленности Китая, сказал Синь на автомобильном форуме в Тяньцзине в субботу».
Этот шаг окажет глубокое влияние на окружающую среду и рост автомобильной промышленности Китая, сказал Синь на автомобильном форуме в Тяньцзине в субботу».Другие страны, такие как Норвегия, Великобритания и Франция, предложили сроки прекращения продаж новых автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем между 2025 и 2040 годами.
Пока неясно, какую временную шкалу имеет в виду Китай.
Взгляд Electrek
Будучи крупнейшим автомобильным рынком в мире, Китай, вводящий крайний срок прекращения продаж новых бензиновых и дизельных автомобилей, фактически стал бы смертным приговором для двигателя внутреннего сгорания.
Китай уже имеет несколько агрессивный мандат на нулевой уровень выбросов в краткосрочной перспективе, и это привело к тому, что автопроизводители значительно увеличили свои инвестиции в производство электромобилей в стране.
GM, VW, Daimler, Toyota и совсем недавно Ford объявили о новых предприятиях по производству электромобилей в Китае.
Это прямой результат мандата страны ZEV, который требует, чтобы автомобили с нулевым уровнем выбросов (ZEV) составляли 8% продаж новых автомобилей уже в 2018 году и быстро увеличились до 12% к 2020 году.
Новые усилия установит график, чтобы довести долю рынка электромобилей с 12% до 100%. В зависимости от того, когда будет установлен этот крайний срок, он должен иметь гораздо большее влияние.
FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.
Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видео и подписывайтесь на подкасты.
Будьте в курсе последних новостей, подписавшись на Electrek в Новостях Google.