В цкб «рубин» заявили о создании новейшей силовой установки для пл «калина»

Двигатель Стирлинга своими руками

Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:

• Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
• Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
• Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
• Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
• В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
• Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
• Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
• Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;

• Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
• Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
• Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

После того, как удалось сделать двигатель Стирлинга дома, мотор запускают. Для этого под банку помещают зажженную свечку, а после того, как банка прогрелась, дают толчок маховику.

Рассмотренный вариант установки можно быстро собрать у себя дома, как наглядное пособие. Если задаться целью и желанием сделать двигатель Стирлинга максимально приближённый к заводским аналогам, в свободном доступе есть чертежи всех деталей. Пошаговое выполнение каждого узла позволит создать работающий макет ни чем не хуже коммерческих версий.

Коренной перелом в стратегии применения ДЭПЛ

Это было время неоднозначного отношения к флоту вообще и к подводному флоту в частности, так как с появлением атомного оружия высказывались мнения о том, что задача по уничтожению морских сил противника может быть решена при помощи ядерного оружия. Однако все же победила разумная точка зрения о том, что и в этих условиях флот будет решать поставленные задачи, а с появлением третьей составляющей ядерной триады – АПЛ этот вопрос был окончательно решен. Стали создаваться ДЭПЛ не только со смешанным вооружением (торпеды плюс запускаемые через торпедные аппараты ракеты) и ударные ДЭПЛ с крылатыми ракетами, но и с баллистическими атомно-ядерными ракетами, в том числе и с подводным стартом (проект 629, 641Б «Танго», 658 и 877 «Палтус»).

Анаэробный двигатель Википедия

Воздухонезависимый двигатель — понятие, включающее в себя технологии, которые позволяют подводной лодке плавать без необходимости подниматься на поверхность. Понятие обычно исключает использование ядерной энергии (НАПЛ).

Распространение получили четыре вида:

1. двигатели с внешним подводом тепла (Стирлинга),
2. дизели замкнутого цикла,
3. паротурбинные установки замкнутого цикла
4. энергетические установки с электрохимическими генераторами.

К созданию воздухонезависимой энергетической установки разные страны подошли по-своему:

• Швеция пошла по пути создания установки на базе двигателя Стирлинга;
• основой немецкой установки стали электрохимический генератор и интерметаллидное хранение водорода
• французы создали установку МЕSМА (Module d’Energie Sous-Marine Autonome) на основе работы турбины по замкнутому циклу, использующей этанол и жидкий кислород
• КБ «Рубин» в России своим направлением по созданию ВНЭУ избрало электрохимический генератор (Топливный элемент).

Двигатель Стирлинга

В первой половине 1960-х годов военно-морские справочники указывали на возможность установки на подводных лодках типа «Шёурмен» производства Швеции воздухонезависимых двигателей Стирлинга. Однако ни «Шёурмены», ни последовавшие за ними «Наккены» и «Вестеръётланды» указанные силовые установки так и не получили. И только в 1988 году головная субмарина типа «Наккен» была переоборудована под двигатели Стирлинга. С ними она прошла под водой более 10 тыс. часов. Другими словами, именно шведы открыли в подводном кораблестроении эру вспомогательных анаэробных двигательных установок. И если «Наккен» — первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время по большей части подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка.

В 2005–2007 гг. подводная лодка «Готланд» была сдана в лизинг США для использования на учениях в качестве подводного противника. Шведские моряки наглядно показали своим американским коллегам насколько сложна оборона от современных неатомных субмарин.

Подобные двигатели установлены также в новейших японских подводных лодках типа «Сорю».

Поскольку воздухонезависимая энергетическая установка требует для своей работы запаса на борту подводной лодки жидкого кислорода или водорода, а также из-за невысокой дальности подводного хода, обеспечиваемой ВНЭУ, существует тенденция к возвращению в современных проектах неатомных подводных лодок к традиционной дизель-электрической схеме с использованием сверхъемких литий-полимерных аккумуляторов.

Гидроакустика и электроника

Гидроакустическое и электронное оборудование отечественных подлодок всегда было их слабым местом. Немецкая лодка оснащена автоматизированной системой боевого управления MSI-90U разработки норвежской фирмы Norsk Forsvarsteknolgi A/S. АСБУ объединяет в единый комплекс все системы обнаружения подлодки, обеспечивает сопровождение до 25 целей и позволяет в автоматизированном режиме решать огневую задачу, управляя под водой восемью торпедами одновременно. Установленная на проекте 677 АСБУ «Литий» также позволяет автоматизировать сопровождение целей и управление торпедами, но, по имеющейся информации, проигрывает MSI-90U по основным ТТХ.

Сравнить возможности обеих ПЛ по обнаружению целей затруднительно из-за отсутствия внятной информации по гидроакустическому комплексу проекта 677. Известно, что он оснащен шумопеленгаторными антеннами увеличенной чувствительности и рекордно больших размеров, что позволяет рассчитывать на серьезное улучшение характеристик по сравнению с модернизированными ГАК МГК-400, установленными на лодках проекта 877.

Немецкая лодка использует гидроакустический комплекс DBQS-40FTC разработки фирмы STN Atlas Electronic. В состав комплекса входят три пассивных гидроакустических станции с носовой, конформными бортовыми и буксирумой антеннами, а также активная гидроакустическая станция кругового обзора. Носовая ГАС ГАС DBQS-21DG обеспечивает определение в пассивном режиме дистанции до цели, фиксирование работы чужих активных гидролокаторов и замер уровня шумов собственной лодки. ГАС FAS 3-1 с бортовыми антеннами позволяет обнаруживать цели в секторе 45-135 градусов с левого и правого бортов и пеленгование с точностью до 1 градуса. ГАС TAS-3 (MAS) c буксируемой антенной обеспечивает дальнее обнаружение подводных целей.

Для активного обнаружения целей используется ГАС FMS-52 (MAS) английской фирмы Ferranti-Thomson, антенны которой расположены так, чтобы обеспечивать круговой обзор. Эта станция предназначена прежде всего для подводной навигации и обнаружения мин, а также для замера дистанции до цели в условиях, когда пассивная ГАС по каким либо причинам не позволяет этого сделать.

По набору средств — пассивные ГАС с антеннами большого размера, буксируемая антенна, активная ГАС — проект 677 не уступает лодкам типа U-212, но ТТХ российского комплекса неизвестны. Исходя из общих соображений и сравнения комплексов предыдущих поколений, можно предположить, что они несколько ниже чем у немецкого «ровесника».

Подводя итог, можно сказать, что российская лодка больше немецкой, превосходит ее в скрытности, надежности энергетической установки, боевой мощи и автономности, но, скорее всего, уступает в возможности обнаружения целей под водой. Кроме того, в настоящее время немецкий флот имеет в строю уже четыре лодки проекта U212, российский — пока одну лодку проекта 677 в стадии завершения испытаний, еще три субмарины этого типа строятся.

Плюсы и минусы

Первые промышленные ДС использовались в качестве водяных насосов и машин, обеспечивающих литейное производство. К началу ХХ века на предприятиях Европы работало уже более 250 тыс. вентиляторов, приводимых в действие ДС. Их КПД достигал 18%, что почти на 10 % выше КПД паровых двигателей.

И это далеко не единственное достоинство двигателей Стирлинга. Как и все двигатели наружного сгорания, они «всеядны». В их топливном «меню» буквально «все, что горит» – от угля, дров, мазута, газа до солнечной, геотермальной энергии и ядерного топлива.

Конструкция ДС чрезвычайно проста. Ей не требуются дополнительных систем и не нужен стартер, поскольку двигатель запускается самостоятельно. Как следствие этого – значительный рабочий ресурс, измеряемый иногда сотнями тысяч часов непрерывной работы.

Двигатели Стирлинга очень экономичны и малошумны, что в последствии было использовано при создании двигателей для подводных лодок.

Из недостатков, пожалуй, главный – материалоемкость. К тому же, чтобы двигатели Стирлинга могли на равных конкурировать с ДВС, им приходиться «добавить» высокое (более 100 атмосфер – прим. ред. Techcult.ru) давление, а также водород или гелий в качестве рабочего тела.

КПД ДС значительно снижается из-за того, что тепло рабочее тело «получает» через стенки теплообменника. Поскольку самому теплообменнику приходится работать в экстремальных условиях высокого давления и температуры, для его изготовления используются весьма дорогие жаропрочные материалы.

Определенные сложности возникают при регулировке оборотов. В частности, чтобы регулировать частоту вращения коленчатого вала, потребуется изменять показатели температуры.

Вооружение

По боевой мощи лодки обоих типов практически равны — обе несут по шесть торпедных аппаратов калибром 533 миллиметра, однако, в отличие от немецкой лодки, которая несет только торпеды или морские мины, российская лодка может быть вооружена противокорабельными ракетами типа «Клаб», запускаемыми через торпедные аппараты. По характеристикам торпед российская лодка несколько уступает немецкой в случае использования торпед типа САЭТ-60М, уступающих немецким DM2A4 по скорости (42 узлов против 50), глубине погружения (400 метров против 600) и дальности (15 километров против 20).

В случае использования новейших торпед УГСТ со скоростью 50 узлов, глубиной погружения 500 метров и значительно возросшей дальностью — до 40 километров, или подводных ракето-торпед ВА-111 «Шквал» с 200-узловой скоростью, российская лодка получает преимущество. Некоторое преимущество обеспечивается и ускоренной перезарядкой торпедных аппаратов — 35-40 секунд против 60 на немецкой лодке. Боезапас у обоих соперников одинаков — 18 торпед.

Силовая установка атомной подводной лодки: реактор, турбина и электродвигатель

Базовый принцип работы атомного реактора

Главный агрегат, отличающий атомную от дизельной лодку — реактор. В зависимости от его типа, может варьироваться тип привода.

В типичном двигателе с ядерным реактором охлажденная вода под давлением попадает внутрь корпуса реактора, содержащего ядерное топливо. Нагретая вода выходит из реактора, превращается в пар и вращает лопасти турбины.

Вал турбины подключается к валу электродвигателя через редуктор для более эффективного преобразования энергии в электрическую.

В свою очередь, вал электродвигателя при помощи механизма сцепления соединяется с гребным валом. Одновременно с этим часть электроэнергии запасается в бортовых аккумуляторах.

Рабочий отсек АПЛ

Переход энергии молекул пара в кинетическую энергию лопаток приводит к конденсации пара обратно в воду, которая вновь поступает в реактор.

Преимущества

Любая модель двигателя Стирлинга имеет много плюсов:

• КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
• В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации.
• В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
• В них не бывает того эффекта, когда говорят, что «двигатель заглох».
• Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени.
• Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива.
• Сгорание происходит вне мотора.

Принципиальное устройство подводной лодки

Любой подводный аппарат действительно очень похож на звездолёт: плотная среда, склонная к турбулентности при малейшем возмущении, заставляет разработчиков применять сложные формы для оптимизации движения.

Классическая подводная лодка с дизельным или дизель-электрическим агрегатом заимствует многое от надводных кораблей современного типа: есть палуба и остеклённая рубка и даже ватерлиния, разделяющая корпус на 2 части: надводную и подводную.

Такая лодка большую часть времени — при долгих морских переходах, «на марше», — находится в надводном положении; под водой проходит только скрытное выполнение задачи.

Рубка когда-то использовалась по назначению

Кроме внешнего («легкого») корпуса для формирования обводов, подводная лодка имеет внутренний («прочный») корпус, который и выдерживает возрастающее с глубиной забортное давление воды.

Для движения дизельных лодок под водой придумали шноркель — трубу, которая позволяет двигателю забирать воздух, необходимый для его работы, над поверхностью воды.

Палуба сохранилась и на современных атомных подводных лодках

Она позволяет увеличить продолжительность подводного хода, но для его реализации требуется достаточно низкая скорость, отсутствие волнения и небольшая глубина погружения.

Для больших глубин используются аккумуляторы, заряжающиеся от дизельного движителя во время его работы.

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

Для работы двигателя необходим температурный перепад, какое топливо вызывает нагрев не важно;
Нет необходимости использовать навесное и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя простая и надёжная;
Ресурс двигателя, благодаря особенностям конструкции, составляет 100000 часов работы;
Работа двигателя не создаёт постороннего шума, поскольку отсутствует детонация;
Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
Работа двигателя сопровождается минимальной вибрацией;
Процессы в цилиндрах установки экологически безвредны. Использование правильного источника тепла позволяет сделать двигатель «чистым».

Микро ТЭЦ на основе двигателя Стирлинга

Подсоединив к двигателю Стирлинга электрогенератор, получаем комбинированную установку для получения и электроэнергии и тепла-микро-ТЭЦ. Вспомните, что КПД двигателя внутреннего сгорания — порядка 30%, остальная энергия сгоревшего топлива в буквальном смысле улетает в трубу. А в микро-ТЭЦ она не теряется зря: и электроэнергия производится и вода в водопроводе нагревается. Суммарный КПД такого комбинированного генератора, в зависимости от нагрузки, составляет 83-90%, то есть такая доля энергии, содержащейся в топливе, превращается в электричество и тепло для дома. Кроме того, вследствие особенностей термодинамического цикла Стирлинга, значительная часть полученной тепловой энергии это побочный результат получения электроэнергии. Очевидно, что создание предприятия по производству микро-ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга является актуальным, как для нашего региона, так и для российского рынка в целом. Области применения автономных установок на базе двигателя Стирлинга – от загородных домов и коттеджей до крупных промышленных объектов и районов крайнего Севера. На данный момент заканчиваются работы по разработке Микро – ТЭЦ мощностью 3-7 кВт. Разработка этого проекта ведется на базе Агентства инноваций «Голубой Океан» . На данный момент разработана инновационная компоновочная схема двигателя Стирлинга (защищена патентом). Организация производства планируется на основе промышленной кооперации с предприятиями г. Новосибирска. Планируется выпуск установок 2-х типов:

1) Установка для загородных домов и дач мощностью 3-7 кВт. Начало производства февраль – март 2012год.

2) Установки мощностью 10 – 100 кВт для промышленных объектов, больничных и храмовых комплексов, поселков нефтяников, геологов отдаленных поселков и хуторов в сельской местности.

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.

Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

Позиция «A»:

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

Позиция «B»:

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

Позиция «C»:

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

Позиция «D»:

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Принцип действия высокотемпературного мотора Стирлинга

Левая и правая части цилиндра не касаются друг друга. Между ними стоит теплоизолятор. Когда вытеснитель находится в левой стороне, он вытесняет весь горячий воздух вправо, воздух остывает, всасывая рабочий поршень. Когда же вытеснитель уходит вправо, он выгоняет весь воздух в горячую камеру, воздух нагревается, расширяется и вытесняет рабочий поршень вправо. Рабочий поршень и вытеснитель связаны между собой коленвалом со смещением 90 градусов. Далее цикл повторяется.

Электроника для самоделок вкитайском магазине.

Схема высокотемпературного двигателя Стирлинка

Далее вся механика наглядно на видео. Во второй части видео один из вариантов сборки Стирлинга.

Чтобы окончательно понять принцип действия мотора Стирлинга, нужно собрать его работающую конструкцию и в процессе доводки совершенствовать его и тестировать при разных конфигурациях. Для наиболее простого понимания законов, по которым работает двигатель, достаточно сделать так: – сделать цилиндр с вытеснителем; – вместо рабочего поршня установить резиновый воздушный шарик; – маховик пока не ставить; – нагреть нижнюю часть устройства, остудить верхнюю и начать изменять положение вытеснителя; – если попробовать поднять вытеснитель вверх – шарик резко надуется; – если опустить вытеснитель вниз – шарик сдуется. Таким образом эти простые действия наглядно покажут, как все происходит в механизме двигателя. – Далее заменим воздушный шарик на поршень; – поршень должен свободно двигаться, но следует настроить все так, чтобы он не пропускал воздух; – смазать поршень силиконовой смазкой; – проделать те же действия, что ранее были выполнены с шариком, но уже с поршнем; – понаблюдать ход поршня, зафиксировать в записях в рабочем блокноте для того, чтобы подсчитать ход (выгиб) коленвала; – изготовить маховик, шатун, коленвал и всё, мотор Стирлинга готов! – окончательно протестировать готовый аппарат.

Проекты, принцип работы ПЛ и их виды

Первоначально ПЛ строились с использованием различных принципов действия их движителей:

• с использованием силы человека;
• только на электрических аккумуляторах;
• с использованием бензина;
• только дизельный двигатель подводной лодки;
• только на пневматическом двигателе;
• на комбинированном использовании пара и электричества.

Двойная схема использования дизельных и электрических двигателей полностью «властвовала» всю первую половину прошлого века, показав свое превосходство над предыдущими проектами и принципами работы движителей ПЛ.

Проекты дизельных подводных лодок с артиллерийскими установками удачей не увенчались из-за низкой эффективности «работы» артиллерии по наземным целям и впоследствии нашли свое решение в «ударных» ДЭПЛ, стреляющих крылатыми ракетами.