№58
Июнь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 46 - Приложение Август 2014

Дизайн


 Белаш Виталий Дмитриевич

магистрант кафедры индустриального дизайна.
Научные руководители:
кандидат философских наук, профессор, В.И. Исаченко;
кандидат искусствоведения, профессор, В.А. Курочкин.
 ФГБОУ ВПО "Уральская государственная архитектурно-художественная академия",
Екатеринбург, Россия, e-mail: skiffbox@mail.ru

МАХОВИК - ЭКОЛОГИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА


Ключевые слова: альтернативные источники энергии, городской транспорт, автостроение


Проблема поиска новых альтернативных источников энергии для индивидуального транспорта в городских условиях является одной из самых актуальных для большинства дизайнерских разработок в мире.

Каждый день один автомобиль выбрасывает в среднем 3 кг вредных веществ [5]. В год это примерно тонна выбросов, примерно столько же весит сама машина. Средний срок службы автомобиля около 10 лет, а полный цикл может достигать и 30. За четверть века один автомобиль производит 25 тонн азота и угарного газа. После первых десяти лет эксплуатации, а иногда и раньше, начинается излишняя выработка, увеличивается расход топлива и масла, соответственно растет объем выбросов. Сейчас мы имеем инфраструктуру, обеспечивающую доступ к источнику движения – топливу. Несмотря на это, стоит задуматься об актуальности существования его в будущем в том виде, как сейчас. Использование топлива, несомненно, важно службам, работающим в экстренном режиме или в зоне катастроф, в силу своей оперативной доступности.

Расцвет эры бензина с глобальным вкладом в развитие техники и экономики, культуры транспорта и предлагаемой свободы передвижений подходит к этапу замены данного вида энергии другим, сохраняющим окружающую среду. Бесспорно, мы не должны отказаться от классических образцов автомобилестроения, которые в свое время произвели переворот, но стоит признать, что их время проходит и на смену им должны придти более умные, более гуманные решения.

До последнего времени развитие автомобилей велось по классической схеме в основном по экономическим причинам, а также в зависимости от ожиданий потребителей. Попробуем создать портрет потребителя персонального городского автомобиля.

Первое. С момента получения прав на управление транспортным средством до момента перехода на уровень состоятельности и возможности приобрести автомобиль более высокого уровня – это преимущественно молодые люди. Большинство же пользователей – просто люди после трудового дня (или перед ним). В плане технического обслуживания транспортного средства они предпочитают специализированный сервис. Основные требования, предъявляемым к автомобилю, – экономичность, маневренность, компактность, удобство пользования и обслуживания.

Второе. Человеку свойственно всегда желать большего, он стремится попасть в более высокую статусную ячейку, критически относится к окружающим, приобретает вещи престижных марок. Самым ярким вещевым признаком состоятельности представляется автомобиль. Потребитель предъявляет определенные требования к дизайну и стилю машины, а также к его технической оснащенности. Производители разных моделей автомобилей борются не только за новые дизайнерские решения, но и за сокращение рабочего объема двигателя при повышении мощности. Новый образец персонального автомобиля должен унаследовать лучшие качества предшественников – комфортность, статусный дизайн, динамику разгона – и при этом стать инновацией. Конечно же, основные изменения коснутся силовой установки.

Есть множество разработок и концепций в области альтернативных источников энергии. Например, электроэнергия, и прорывом здесь является кремниевый аккумулятор, который может быть заряжен в течение нескольких секунд. Разработан он материаловедами из Университета Вандербильта, США. Но проблема в том, что пока нет стабильной технологии для применения в крупногабаритных аккумуляторах, а первые образцы изобретались для мобильных устройств с микропроцессором.

Следующая разработка, на которую следует обратить внимание, – ядерная батарейка. Аспирант Дмитрий Прокофьев из Томска изобрел ядерную батарейку, которая может прослужить 12 лет. Устройство преобразует энергию бета-частиц, испускаемых тритием, в электрический ток. Прототипы были успешно собраны и испытаны в Новосибирском институте ядерной физики имени Будкера [3]. Для военных целей, возможно, это лучшее решение, но находиться в общественном месте, зная, что у кого-то в кармане угроза целому району, крайне некомфортно.

Самым приоритетным изобретением в этом сегменте является маховик, запасающий кинетическую энергию и расходующий ее постепенно и теряющий всего лишь пару процентов на механические потери (при условии правильного снятия с него энергии).

Поддержание постоянной скорости вращения более благоприятно для расхода энергии, чем резкое повышение и столь же резкий сброс мощности. Так, расход топлива при езде в городе выше, чем на трассе, при этом на трассе скорость перемещения существенно выше, чем в городской среде. Это объясняется тем, что при равномерном движении энергия расходуется на поддержание, а не на набор скорости. Следовательно, ее расходуется меньше. Еще одна разработка принадлежит отечественному ученому Гулиа [2]. Первый образец датируется 1964–1965 годами. Тогда он доказал возможность автономной работы скрепера, землеройной машины с помощью маховика, изготовленного из колеса железнодорожного вагона, без необходимого обычно трактора толкателя. В гражданском транспорте применение маховичной системы Гулиа обеспечивается гибридом бензинового двигателя с маховиком. У бортового УАЗа привод на переднюю ось был сохранен от ДВС, а задняя приводилась в движение от маховика, при этом двигатель служил генератором. Экономичность расхода топлива возросла в два раза. Недостатком в этом проекте была массивность маховой установки.

В разработке городского автобуса в Курске это проблема была решена, экономия топлива составила 40%, но, по словам директора завода, на котором производился выпуск автобусов, она не прижилась из-за сложности конструкции. Довольно спорное утверждение, так как сложность была сопоставима со сложностью ДВС, более нестабильного и с меньшим ресурсом, который опять же служил как генератор.

Современные технологии позволяют решить еще одну проблему – серьезные последствия при разрушении маховика. Пятикилограммовый маховик мог разрываться с эквивалентом, равным взрыву гранаты. Современные маховики изготавливаются из углеродистых струн, смотанных до диска. Разрыв происходит локально, струнная структура не позволяет из-за поперечного натяжения разрушиться полностью, как при изготовлении из твердого сплошного материала.

В современном автостроении маховичные энергозапасающие системы можно встретить на болидах формулы один. Эта система называется KERS. Она работает по принципу запасания кинетической энергии, при торможении преобразуя ее в электрическую. Подобные системы ранее устанавливались и на трамваях, но были довольно грамоздки. Современные технологи изготовления, технологии по снижению трения в подшипниках позволили применить эту систему на легковом автомобиле. Первопроходцами стали VOLVO, энергия при торможении заставляет крутиться маховик до 60000 об/мин [1].

Система передач позволяет использовать накопленную энергию при разгоне или для поддержания скорости автомобиля. Таким образом, появляется возможность иметь некий запас мощности под ногой, который, помимо более резкого ускорения, позволяет экономить топливо. В модели VOLVO прибавка составляет 80 л.с. Маховик диаметром 20 см весит 6 кг (вес среднего пакета с продуктами), плюс вес системы передач и предположительно вся установка, вес которой не более веса спаниеля, вкупе с четырехцилиндровым двигателем обеспечивают разгон до 100км/ч за 5,5 секунд, как шестицилиндровый турбо. Маховик позволяет двигаться с выключенным ДВС до 50% времени (в ездовом цикле NEDC) [5].

С учетом привлекательности этой системы в будущем вполне будет оправданным использование подобных установок, которые полностью вытеснят ДВС из подкапотного пространства, особенно в городских условиях с частыми ускорениями и остановками. Если предположить, что поддержание вращения маховика может осуществляться не только торможением, не ДВС установкой, а, скажем, скрученной пружиной, и вся система будет работать как часы с механическим заводом, то внедрение ее в производстве автомобилей может открыть новый сегмент транспорта.

Все перечисленные достоинства, какими бы радужными они ни были, могут быть сведены на нет, главным образом, из-за привычки потребителя отдавать свой выбор проверенным решениям и имеющейся инфраструктуры обслуживания. Ярким примером могут служить образцы автомобилей, работающих на водороде или этаноловом топливе. Несомненно, они отвечают потребностям экологического использовании транспорта. Но станций заправки еще очень мало: даже в Лондоне, где въезд в центр города оплачивается исходя из объема двигателя автомобиля, а электрокар или автомобиль на экотопливе имеет свободный проезд, количество этаноловых заправок можно пересчитать по пальцам. С другой стороны, заправка топлива требует жестких мер предосторожности, а в случае с маховиком и взводом пружины зарядка проще, так как она механическая.

Но готов ли потребитель быть новатором? Да, если автомобиль сохраняет все родовые признаки, обеспечивает экономию топлива в денежном эквиваленте до 100%, более неприхотлив, чем автомобиль с ДВС, а проблема выведения электропровода на улицу куда более решаема, чем оборудование заправочного комплекса и доставка к нему топлива. Владелец может просто подключить свое транспортное средство к электросети и за считанные минуты редуктор, расположенный внутри, скажем, непосредственно на приводе пружины, закрутит ее и энергии хватит на день езды.

Применение данного метода запасания и передачи энергии транспортному средству произведет переворот в движении городского транспорта. Если учесть возможность заправки по месту проживания, то это весомый аргумент, так как пользователю не придется оплачивать сопутствующие топливному обслуживанию процессы – его доставку, хранение, перекачку в автомобиль. Это еще и возможность для развития дизайна, поскольку большинство современных автомобилей выглядят неправдиво футуристично, сохраняют устарелые родовые признаки, тем самым как бы обманывая потребителя.


Библиография

  1. Extremetech [Электронный ресурс]. – URL: http://www.extremetech.com/extreme/154405-volvo-hybrid-drive-60000-rpm-f...
  2. Блок Нурбея Гулиа [Электронный ресурс]. – URL: http://nurbejgulia.ru/
  3. РИА–Новости: [Электронный ресурс]. – URL: http://ria.ru/tomsk/20140114/989054219.html
  4. Зеленые автомобили [Электронный ресурс]. – URL: http://autoeco.info/nedc.php
  5. Эрудиция // Российская электронная библиотека [Электронный ресурс]. – URL: http://www.erudition.ru/referat/printref/id.18869_1.html


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-50147 от 06.06.2012 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017