Значение транспорта для человечества трудно переоценить. С незапамятных времен он играл важную роль, постоянно развиваясь и совершенствуясь. Произошедшая в XX веке научно-техническая революция, рост населения, урбанизация и множество других факторов вывели его развитие на совершенно новый уровень.
Однако, одновременно с этим появилась и проблема: огромное количество транспортных средств стало причиной ухудшения экологической обстановки в масштабах всей планеты. Именно поэтому все большее внимание обращается сегодня на развитие экологических видов транспорта.
Любой транспорт, получение энергии для которого не связанно с процессами горения углеводородов, можно назвать экологически чистым. Исключение составляют атомные реакции, которые на сухопутном транспорте не используются. Биодизель, двигатель внутреннего сгорания на спирту тоже сжигают углерод, поэтому их нельзя относить к экологически чистым видам транспорта. Наиболее правильно классифицировать экотранспорт по видам двигателей.
Электрический привод
На данный момент это самый быстроразвивающийся вид экологически чистого транспорта. Ему предписано большое будущее и это уже заметили все крупные автомобилестроительные концерны. Несколько тысяч электромобилей уже ездят по дорогам мира. Причем, будущий электромобиль не будет иметь такие большие габариты и стоимость, как знаменитый электромобиль Tesla. Это будет, скорее, некое подобие рикши с кабиной или с обычным автомобильным кузовом из пластика. В среднем, чтобы электромобиль мог конкурировать с бензиновым ему нужно весить в четыре раза меньше. Подобные примеры в автомобильной промышленности есть.
Основная проблема электромобилей — аккумуляторы. Именно они являются уже единственным ограничением к массовому производству электромобилей. Все остальные технические ограничения преодолены еще 50 и 100 лет назад. Электродвигатель имеет КПД больше бензинового. Его ресурс намного выше, а сложность изготовления небольшая. К тому же ему не требуется КПП. Сейчас большинство серийных электромобилей производится с литиевыми аккумуляторами. Они имеет очень высокую стоимость. Как альтернатива предложены серно-натриевые аккумуляторы. На данный момент в Японии применяются стационарные серно-натриевые аккумуляторные станции, мощностью более 1 мВт. Возможно, в дальнейшем они появятся на электромобилях.
Водородные двигатели
Водород — самой энергоемкое топливо в мире. Калорийность одной весовой части чистого газообразного водорода превосходит бензин в 2,5 раза. Это означает, что весовой запас водорода в баллоне может быть во столько же раз меньше. Сгорание водорода может происходить в обычном поршневом двигателе. При этом есть технологические сложности. Из-за высокой температуры горения необходимо усиливать блок цилиндров керамикой, что очень сложно и дорого.
По этой причине особый интерес представляют катализаторы — установки беспламенного горения водорода. Однако, им требуется баллонный кислород, а их стоимость тоже высокая. При окислении водорода в катализаторе вырабатывается электрический ток. Работает такая установка бесшумно и с высоким КПД. К сожалению, высокая цена не сулит водородным автомобилям массового распространения. В настоящее время они тоже уже ездят по дорогам.
Есть и иные решения в области экотранспорта: пневмодвигатели, химические батареи (тепло или ток выделяется при окислении металла), механические накопители энергии, пружинный привод. Пока все они находятся на стадии разработок, уступая место электромобилям.
Воздухомобиль
В настоящее время выпускаются воздухомобили (пневмомобили), так называются автомобили, имеющие пневматический двигатель, для работы которого используется сжатый воздух. Накопление энергии происходит посредством нагнетания его в баллоны. Затем, проходя через систему распределения, сжатый воздух попадает в пневмодвигатель, который и приводит машину в движение. Таким образом, при езде на малой скорости или на небольшое расстояние, подобный автомобиль использует только воздух, не нанося вреда окружающей среде.
Сегвей
В ряде стран работники почты, игроки в гольф, полицейские и многие другие категории граждан передвигаются при помощи такого вида транспорта, как сегвей. Это самобалансирующийся самокат, имеющий два колеса, располагающиеся по обе стороны от водителя. Балансировка сегвея происходит автоматически и зависит от положения корпуса ездока: при его отклонении назад самокат замедляется, останавливается или едет задним ходом, а при наклоне вперед - начинает движение или ускоряется. На каждом из колес сегвея есть собственный электродвигатель, который реагирует на малейшие изменения равновесия транспортного средства. Двигатель работает от литий-ионных аккумуляторных батарей, их подзарядка происходит автоматически при спуске с горы. На полную же зарядку достаточно 8 часов. Можно воспользоваться и обычной розеткой - 15 минут зарядки хватает примерно на 1,6 километра пути.
Моноколесо (сегвил)
Моноколесо (сегвил) - электрический самобалансирующийся самокат, имеющий только одно колесо и подножки, расположенные по обе стороны от него, впервые появилось в 2012 году в США. Оно оснащено мощным электромотором (250—2000 Вт) и гироскопами, необходимыми для автоматической балансировки. Когда питание включено, гироскопы выравнивают колесо относительно оси, поддерживая этим баланс. Также в самокате установлены акселерометры и разнообразные сенсоры.
Управление транспортным средством происходит посредством изменения наклона тела: при отклонении назад сегвил тормозит или меняет направление, при переносе центра тяжести вперед - ускоряется. Когда самокат останавливается, водитель должен опираться на ногу. Наибольшее распространение получил этот вид транспорта в Китае.
Городской экотранспорт
Наверное, всем известны такие виды экологического транспорта, как троллейбус и трамвай. Они оба работают от электричества и предназначены для перевозки пассажиров.
Трамвай - один из первых видов городского общественного транспорта, появился еще в начале XIX века, тогда он приводился в движение с помощью конной упряжке. Первый электрический трамвай появился в 1881 году в Германии.
Троллейбус же появился в виде первой экпериментальной троллейбусной линии в 1882 году, так же в Германии. Причём вначале троллейбусы эксплуатировались только, как дополнительный транспорт к трамваю. Первая полностью троллейбусная линия же открылась в 1933 году в Москве.
Велосипед и самокат
Нет, наверное, человека, никогда бы не пробовавшего прокатиться на самокате или велосипеде. Эти колесные транспортные средства двигаются посредством мускульной силы субъекта. В велосипеде для этой цели используются ножные педали, а в самокате движение обеспечивается благодаря многократному отталкиванию ногой от земли. На велосипеде человек занимает сидячее положение, на самокате же он стоит, держась за руль. Самокаты теперь используются не только для развлечения детьми, но и наряду с велосипедами применяются и взрослыми: работниками почты, полиции и даже скорой помощи.
Многие люди в Европе и Америке предпочитают добираться на работу на велосипеде, в Токио на самокате, поскольку, с одной стороны, нет необходимости стоять в пробках, а с другой - благодаря физической нагрузке организм становится более здоровым.
С каждым годом необходимость использования экологического транспорта растет, так как функционирование нынешней транспортной системы с выбросом загрязняющих веществ в воздух всё больше ухудшает экосистему нашей планеты.
К специализированным (от лат. specialis - особый и species - разновидность) относятся те виды транспорта, которые ориентированы на определенную номенклатуру грузов или особые условия перевозки грузов или пассажиров.
За рубежом употребляется термин «нетрадиционные виды транспорта», под которым подразумевают виды транспорта, не имеющие широкого распространения или появившиеся сравнительно недавно, хотя идея об их создании могла появиться давно, но ее техническая реализация проходила достаточно долгий путь.
Появление нетрадиционных (или новых) видов транспорта связано с развитием технического прогресса, позволяющего постепенно устранять такие недостатки традиционных видов транспорта, как низкая скорость движения, недостаточная экологическая чистота, значительные издержки, малая провозная способность, недостаточный комфорт и др., а также реализовывать новые достижения науки и техники в условиях растущих транспортных потребностей, связанных с ростом производства, городов, повышенной подвижностью населения, развивающимся туризмом и т. п. Развитие новых видов транспорта было вызвано, в частности в России, необходимостью освоения районов Крайнего Севера и Западной Сибири с суровым климатом и сложными условиями эксплуатации известных видов транспорта.
Основными признаками специализированных видов транспорта являются модернизация или принципиальное изменение двигателя, движителя и способа взаимодействия с опорной поверхностью.
Новые принципы движения- с помощью воздушной подушки и электромагнитного подвешивания - в настоящее время используются на различных видах транспорта, в том числе на промышленном.
Основные технико-эксплуатационные особенности и достоинства таких систем:
отсутствие трения между подвижным составом и путевым полотном, что позволяет повысить скорость, уменьшить мощность тяги и решить некоторые вопросы экологии. Максимальная скорость при использовании воздушной подушки - 422 км/ч, средняя скорость - 100-200 км/ч, а с турбореактивным двигателем - до 360 км/ч. Провозная способность - от 3 до 20 тыс.чел./ч в каждом направлении. Проекты с применением магнитного подвешивания позволят поезду проделать путь от Москвы до Санкт-Петербурга за 0,5 ч (сейчac скоростной отечественный поезд проходит это расстояние за 4,5 ч).
Самоходные и несамоходные транспортные средства на воздушной подушке при перевозке тяжеловесных грузов из-за частичной разгрузки колес не разрушают слабые дорожные покрытия и искусственные сооружения (прежде всего мосты) и не требуют их укрепления. Подъемно-транспортные средства на воздушной подушке широко применяются в цехах и на строительных площадках, особенно за рубежом, для перемещения тяжеловесного крупногабаритного оборудования.
На морском транспорте эксплуатируются причалы на воздушной подушке, например в порту Архангельска работает причал грузоподъемностью 40 т.
Наибольшее распространение в России получили суда на воздушной подушке на реках небольшой глубины, в том числе скеговые суда - с частичным отрывом от водной поверхности и суда амфибийного типа, которые могут перемещаться по воде (с полным отрывом корпуса), болотистой местности, надо льдом со скоростью 90-125 км/ч. Скеговые суда не полностью отрываются от водной поверхности из-за погружения бортовых ограждений воздушной подушки в воду. Амфибийные суда благодаря возможности выхода на пологий берег и старта с него могут использоваться для транспортировки грузов на побережье, не оборудованное причалами. Амфибии существуют на автомобильном, водном и воздушном (гидросамолет, аэросани) видах транспорта.
Сконструированное в России надводное транспортное средство на воздушной подушке - экраноплан («летающее крыло», рис.) развивает скорость до 300 км/ч. Экраноплан - это экспериментальный летательный аппарат, который на малой высоте использует эффект близости к крылу самолета поверхности земли или роды (экран), заключающийся в уплотнении воздуха - образовании воздушной подушки. В результате возникает дополнительная подъемная сила, которая и поддерживает аппарат в воздухе. Это явление назвали экранным эффектом. В ближайшем будущем экранопланы будут выполнять регулярные коммерческие рейсы в труднодоступных районах земного шара.
Относительные недостатки воздушной подушки: производит значительный шум (до 130 дБ), требует ровного дорожного полотна, ее создание достаточно дорогостоящее.
Специализированный пневмо- и гидротранспорт необходим при перевозке твердых и жидких не нефтяных грузов. Есть проекты транспортировки руды, железорудных концентратов и других грузов на значительные расстояния в США, Канаде и других странах. В городах этот вид транспорта используется для транспортировки бытовых отходов, а также для транспортировки книг в крупных библиотеках.
Более 100 лет назад В. И. Шуберский выдвинул идею о кинетической энергии маховика, на основе которой в Швейцарии в конце 1960-х гг. были сконструированы аналоги автобуса - жиробусы (гиробусы) - вид аккумуляторного безрельсового транспорта, движущегося за счет кинетической энергии, накопленной в маховике. Зарядка осуществляется на остановках при поднятии специальной штанги. Жиробус используется для перевозки пассажиров на короткие расстояния. Получил некоторое распространение электрожиробус, оборудованный маховым агрегатом, состоящим из асинхронного двигателя-генератора, сочлененного с маховиком, и тяговых электродвигателей.
Интересные проекты существуют в мире по применению трубопроводного транспорта для перевозки пассажиров. Прообразом такой технологии является метрополитен.
Рис. Экраноплан - самолет будущего
Идея монорельсового транспорта с использованием автоматизированного и полуавтоматизированного управления находит все большее применение на локальных территориях (например, аэропорты для перемещения пассажиров, багажа, почты). Системы могут быть с фиксированными остановками или по вызову, т.е. индивидуального пользования. Примером является система Аиртранс в аэропорту Далласа (США), где работают 10 маршрутов с провозной способностью 9 тыс. чел./ч, 6 тыс. единиц багажа и 32 т почтовых отправлений. Аналогичные системы распространяются в Англии, Франции, Японии и других странах. Наибольшие удобства создают системы кабинного типа, позволяющие пассажирам сидеть. Системы эксплуатируются с 1973 г. (первой была система POP в США).
Экологические проблемы, связанные с экономией топливных ресурсов, привели к созданию парусных судов, использующих энергию ветра для движения. Так, в Японии в 1980 г. стали строить суда каботажного плавания дедвейтом 1 800т и скоростью 12 узлов с двумя парусами площадью по 100м 2 , высотой 12,5м при ширине 8 м. Такая конструкция позволяет экономить до 38% топлива. При площади паруса 320 м 2 , дедвейте 26 тыс. т и компьютерном управлении расход топлива был сокращен наполовину. В нашей стране построены учебные парусные суда, например парусник «Мир».
Одновременно с парусом может применяться двигатель для повышения скорости или маневренности при безветрии, для прохода сложных участков, при швартовке.
Транспортное средство является техническим устройством, цель которого - перевозка людей или груза на дальние расстояния. Сегодня в мире насчитывается более десятка тысяч таких устройств. Поэтому, чтобы различать один транспорт от другого, людьми была придумана стандартная классификация, благодаря которой все виды транспортных средств можно условно разделить по их назначению, используемой энергии и среде перемещения.
Основные виды транспортных средств
Как и было сказано выше, в зависимости от определенных признаков все виды транспортных средств можно поделить на три основные группы:
- по назначению;
- по используемой энергии;
- по среде перемещения.
Так как вышеупомянутые виды транспортных средств имеют свою классификацию, особенности и различаются друг от друга по определенным признакам, то их можно рассмотреть более подробно.
Виды транспорта по назначению
Под назначением подразумевается та сфера, в которой конкретный вид транспорта используется чаще всего. То есть это могут быть транспортные средства:
- Специального пользования. К таковым относится военный (бронеавтомобили, танки) и технологический транспорт (путевые машины).
- Общего пользования. К этой категории относятся все виды водного, воздушного и наземного транспорта, используемые в сфере торговли и предоставления услуг. Например, грузовик, который перевозит товары, уже является транспортом, подходящим к категории общего пользования.
- Индивидуального пользования, т. е. те транспортные средства, которыми человек пользуется лично. Самый распространенный индивидуальный транспорт - это личный автомобиль или мотоцикл.
Кроме того, существует еще отдельная подкатегория транспорта общего пользования. К таковой относится городской (общественный) транспорт, т. е. тот который перевозит пассажиров по определенным маршрутам, согласно расписанию и за определенную плату. Это могут быть автобусы, трамваи, троллейбусы и т. д.
Виды транспорта по используемой энергии
В зависимости от используемой энергии, бывают транспортные средства:
- Приводимые в движение ветряной силой, например, парусные судна (парусники).
- Приводимые в движение мускульной силой (движимые человеком или животным). Самый распространенный транспорт, движимый человеком, - это велосипед, который приводится в движение ножными педалями. Кроме того, существуют менее используемые в повседневной жизни небольшие гребные суда и веломобили, которые движутся также при помощи силы человека. О транспортных средствах, движимых животными, более подробно написано ниже под соответствующим заголовком.
- С личным двигателем. Этот вид, в свою очередь, делится на транспорт с тепловым и электронным двигателем.
Транспорт с тепловым двигателем - механическое транспортное средство, которое работает за счет превращения тепла в энергию, необходимую для передвижения. Источником тепла в таких двигателях может быть, например, органическое топливо. Один из самых известных представителей транспорта с тепловым двигателем - паровоз, который приводится в движение за счет обработки (растопки) угля.
Электронным считается тот транспорт, двигатель которого приводится в работу за счет энергии электричества. Основными транспортными средствами подобного типа являются трамваи, фуникулеры, монорельсы, электромобили и электроходы.
Виды транспорта по среде перемещения
В зависимости от среды перемещения транспорт может быть:
- наземным (автомобильный, железнодорожный, велосипедный, трубопроводный, а также транспорт, движимый животными);
- воздушным (авиационные и аппараты воздухоплавания);
- водным (надводные и подводные суда);
- космическим (аппараты и машины, движущиеся по безвоздушным путям);
- иного вида.
К прочим видам транспорта относятся стационарные подъемники (лифты), элеваторы, канатные дороги и т. д.
Наземный транспорт
Существуют различные наземные транспортные средства, которые подразделяются по ряду признаков:
- По виду движителя есть гусеничный (некоторые виды танков, тракторов и кранов), колесный (автомобили, велосипеды, мопеды, мотоциклы), а также наземный транспорт, который приводят в движение животные.
- По количеству колес бывают: моноциклы (одноколесные транспортные средства), бициклы (двухколесные), трициклы (трехколесные) и квадроциклы (четырехколесный транспорт).
- По типу видов дорог бывают железнодорожные и безрельсовые транспортные средства. К железнодорожному транспорту относится любое транспортное средство, которое перевозит груз и пассажиров по рельсовым путям. То есть, это могут быть локомотивы, вагоны, трамваи, монорельсы и эстакадный транспорт. К безрельсовому относится любой наземный транспорт, в том числе и автотранспорт, который передвигается по суше.
Автомобильные транспортные средства
Самым популярным и распространенным видом наземных транспортных средств считается автомобильный транспорт. К автомобильному относятся все виды средств, при помощи которых выполняется перевозка груза и пассажиров по безрельсовым путям. Многие автомобили предназначаются не только для перевозки на короткие, но и на дальние расстояния, особенно, в тех случаях, когда невозможно доставить пассажиров, продукты или материалы другим способом.
Весь автомобильный транспорт делится:
- На гоночные машины, которые, чаще всего, используют в автомобильных и спринтерских заездах (дрэг-рейсинг, авто-слалом и др.). К таковым относятся, например, монопосты - одноместные автомобили с открытыми колесами, использующиеся в гонках «Формулы-1».
- На транспортные автомобили, которые служат лишь для перевозки груза и пассажиров. В зависимости от цели назначения, они бывают легковыми (автомобили личного пользования), грузовыми (автомобили-фургоны, тягачи, др.) и перевозными (автобусы, маршрутные такси и т. д.).
- На специальные машины, которые, помимо всего прочего, оснащены дополнительным оборудованием, предназначенным для тех или иных целей. К таковым относятся, например, машины скорой помощи или пожарные автомобили.
Транспортные средства, движимые животными
Использовать животных в качестве средств передвижения люди научились тогда, когда других видов наземного транспорта еще не существовало. Хоть уже прошли года, появились современные транспортные средства, многие все равно предпочитают прокатиться верхом на коне или запрячь животное в повозку, чтобы транспортировать какой-либо груз.
К транспорту, движимому животными, относится:
- Гужевой транспорт. В качестве транспортных средств для перемещения груза и пассажиров на повозках, телегах, людьми в основном используются лошади, собаки, верблюды, буйволы, слоны и другие млекопитающие, которых можно приручить и обучить транспортировке.
- Вьючный транспорт. Само название вьючного транспорта походит от упаковочной поклажи (вьюка), которую крепят на спину животного. Подобное транспортное средство используется в тех случаях, когда гужевой транспорт является нецелесообразным, например, в горных районах, где слишком крутые склоны и узкие дороги, что значительно затрудняет передвижение повозок и телег. Помимо горных районов, вьючных животных используют в сельской и болотистой местности, а также в пустынях или в северных регионах, где присутствуют плохие дороги или их практически нет.
- Верховой транспорт, который предназначен как для перевозки пассажиров, так и для участия в специальных спортивных соревнованиях и состязаниях. В основном к верховому транспорту относятся лошади, верблюды и слоны.
Трубопроводные транспортные средства
Основной целью трубопроводных транспортных средств является только транспортировка грузов (химических веществ, жидких и газообразных продуктов) по специальным каналам (трубам). Этот вид наземного транспорта является самым дешевым и популярным, аналогов которому в мире не существует. Например, на территории РФ, трубопроводы используются для транспортировки более 95% добываемой нефти.
Помимо дешевизны, трубопроводный транспорт имеет и другие достоинства:
- быстрая перевозка груза;
- низкая себестоимость транспортировки;
- отсутствие потерь груза во время доставки;
- трубопроводы можно прокладывать где и как угодно (не считая воздушных путей).
Основные виды трубопроводных транспортных средств: канализация, водопровод, мусоропровод и пневматический транспорт (пневмопочта).
Воздушный транспорт
Самолеты появились в начале XX века и быстро завоевали популярность во всем мире. К этому виду транспорта относятся также вертолеты, дирижабли, аэробусы, аэропланы. Это один из самых быстрых, но дорогих видов транспортных средств, который предназначается для пассажирских и грузовых перевозок на дальние расстояния (более 1 тыс. км) по воздуху. Кроме того, есть самолеты и вертолеты, которые выполняют служебные функции (например, тушат пожары, распыляют над полями инсектициды, санитарная авиация и пр.). Обычно воздушным транспортом пользуются туристы и бизнесмены, желающие быстрее попасть в другую страну или даже на другой континент. Этими транспортными средствами перевозят габаритные и тяжелые вещи, продукты с малым сроком годности, а также ценные предметы.
Хоть этот вид транспорта и является шумным, дорогостоящим удовольствием, но он незаменим для научных экспедиций, которые отправляются на дальние континенты или в другие труднодоступные места, куда сложно или невозможно добраться иным способом.
Водный транспорт
Это один из классических видов транспортных средств. Такой транспорт предназначается для перевозок по искусственным (водохранилища, каналы) и природным (озера, реки, моря и др.) водным путям.
В отличие от воздушного, водный транспорт является одним из самых дешевых после трубопроводного. Именно поэтому подобными транспортными средствами перевозиться практически все: начиная от стройматериалов и заканчивая полезными ископаемыми. А такие плавсредства, как, например, паромы, способны даже перевозить другой транспорт.
Но вот пассажирских перевозок в последнее время стало значительно меньше. Это обосновано довольно низкой скоростью, с которой суда движутся от одного морского порта к другому.
Основные виды транспортных средств, движущиеся по водным путям: надводные (лодки, катера, лайнеры, корабли) и подводные суда.
Космический транспорт (космический аппарат)
Космический транспорт (космический аппарат) - механическое транспортное средство, предназначенное для перевозки грузов и пассажиров по безвоздушному пространству (в космосе). Разумеется, говоря о перевозке людей, подразумевается то, что они являются одновременно и пассажирами, и экипажем, управляющим космическим аппаратом. В основном же такой транспорт предназначен для более специфических целей. Например, космические станции предназначены для различных исследований рельефа, океанов и атмосферы, которые нельзя провести на Земле, а спутники позволяют людям смотреть международные телевизионные программы и делать прогнозы погоды метеорологам. Кроме того, некоторые космические аппараты используются в военных целях (слежка за зонами боевых действий, разведка деятельности других стран, обнаружение приближающихся космических объектов и т. д.).
Из основного космического транспорта можно выделить: спутники, космические корабли, орбитальные и межпланетные станции, планетоходы.
Просмотров: 5454Электрический транспорт – вид транспорта в котором для движения используется один или несколько тяговых электрических двигателей.
Существует три основных типа электрических транспортных средств: 1) питаемые непосредственно от внешнего источника электроэнергии, 2) потребляемые электрическую энергию аккумуляторных батарей или иных источников энергии, размещенных на борту транспортного средства, 3) использующие в своей работе совместно электрический двигатель и двигатель внутреннего сгорания (гибридные транспортные средства), 4) использующие для движения энергию альтернативных источников.
К электрическим транспортным средствам относятся: электрические легковые и грузовые автомобили, электрические поезда, электрические троллейбусы, электроавтобусы, электрофицированные вездеходы и тракторы,электрические самолеты, электрические лодки, электрические мотоциклы и скутеры, электровелосипеды, электрические космические аппараты.
Электрические транспортные средства впервые появился в середине XIX века, когда электроэнергия была в числе предпочтительных источников энергопитания. В то время электрические двигатели обеспечивали высокий уровень комфорта управления, чего не возможно было достигнуть при использовании двигателя внутреннего сгорания. Но исторически ситуация сложилась так, что двигатели внутреннего сгорания стали более распространены в транспортных средствах, нежели электрические. Однако, в течении последних нескольких десятилетий в мире вновь наблюдается тенденция возобновления интереса к формированию электрической транспортной инфраструктуры, что в первую очередь вызвано обеспокоенностью мировой общественности негативным воздействием бензинового транспорта на окружающую среду. Уже сегодня, электрические транспортные средства становятся все более популярны.
Электрический транспорте может использовать для своей работы электроэнергию, полученную из разных источников, в том числе и из возобновляемых.
Транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания, как правило, только черпают энергию из одного или нескольких невозобновляемых видов топлива. Одним же из главных преимущества электрического и гибридного транспорта является способность их двигателей к генерированию энергии при торможении – рекуперативному торможению.
Электрический транспорт является экологически безопасным, поскольку совершенно не является источником загрязнения окружающей среды выхлопными газами или иными выбросами. Ученые подсчитали, что внедрение электротранспортных технологий в США может сократить уровень выбросов углекислого газа в атмосферу на 30%, в Великобритании - на 40%, и на 19% в Китае.
Хотя электрические транспортные средства хорошо ускоряются и обеспечивают довольно большой диапазон пробега между зарядами, их минусом является продолжительное время подзарядки батарей. Однако, электрический транспорт все же является наиболее финансово выгодным видом транспорта и очень практичен в повседневном использовании. Электрические автомобили, в ситуации роста цен на бензин и высокого уровня загрязнения городской среды, способны вызвать революцию в автомобильной промышленности.
Электрические автомобили - это автомобили с электрическим приводом. Электромобили, двигатели которых потребляют энергию альтернативных источников, часто могут получить иные названия: солнечные автомобили, ветромобили и др.
Электричество используется в электротранспорте в качестве топлива. Электрическая энергия подается на транспортное средство путем использования воздушных линий электропередачи, применения индуктивной зарядки или подсоединения к электросети с помощью зарядного устройства или же зарядного кабеля. Некоторые электрические транспортные средства имеют зарядных устройства прямо на борту, в иных же зарядные устройства представляют собой отдельный внешний блок. Как правило, резервуарами электрической энергии на борту электротранспорта являются аккумуляторные батареи.
К группе наиболее популярного в мире электротранспорта относятся электрические автомобили, электрические скутеры и велосипеды.
Сегодня, одной из главный задач производителей является преодоление несоответствия между затратами на разработку и производство электрических транспортных средств, в сравнению с аналогичными затратами при выпуске транспорта с двигателями внутреннего сгорания.
Комплектация электротранспорта
Тип используемого тягового электродвигателя, аккумуляторных батарей и контролера зависят от размеров и мощности транспортного средства.
Текущие расходы
Легко подсчитать, что в ситуации роста цен на бензин, эксплуатация электротранспорта очень выгодна, поскольку заправка электричеством будет обходится пользователям намного дешевле, нежели заправка горючим. Экономнее электрический транспорт бензинового и в обслуживании.
Диапазон пробега, ускорение
Электрические автомобили не могут совершать довольно продолжительных поездок на одном заряде аккумуляторных батарей, поскольку требуют периодической подзарядки от электросети. Однако, данную проблему можно довольно просто решить путем создания сети электрических станций быстрой подзарядки, воспользовавшись которыми можно возобновить заряд батарей до 80% всего за 30 минут.
Электродвигатели способны обеспечивать высокую мощность на единицу веса. При этом батареи обеспечивают подачу больших токов для поддержки этих двигателей.
Электрические транспортные средства могут иметь маленький двигатель (15 кВт и меньше) и, следовательно, иметь небольшое ускорения, или же могут быть оснащены мощными двигателями с высокими показателями ускорения. Кроме того, относительно постоянный крутящий момент электродвигателя приводит к увеличению скоростных характеристик электрического транспорта.
Электрические транспортные средства имеют высокий показатель крутящего момента в более широком диапазоне скоростей при разгоне, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.
Экологическая безопасность
Электрический транспорт практически не является источником загрязнения окружающей среды выхлопными газами. Электрические транспортные средства не выделяют углекислого газа (CO 2), или иных загрязняющих веществ, которые свойственны для бензинового транспорта. Большим плюсом электрических моторов является то, что они совершенно не нуждаются в кислороде, в отличии от двигателей внутреннего сгорания.
Еще одним плюсом электротранспорта является то, что он производит значительно меньше шума, чем транспорт с двигателями внутреннего сгорания.
Безопасность при движении
С целью увеличения диапазона пробега и выносливости электрических транспортных средств, производители стараются уменьшить их вес. Использование тяжелых аккумуляторных батарей в электротранспорте значительно утяжеляет их конструкцию, при этом ухудшается и их управляемость. Однако, в случаи столкновения двух автомобилей, водитель и пассажиры более тяжелого из них получают намного реже серьезные травмы, чем пассажиры более легкого транспортного средства, поскольку дополнительный вес способствует повышению уровня безопасности электромобиля, несмотря на негативное влияние на его производительность. Например, вероятность получения серьезных травм пассажирами при аварии 900 кг электрического автомобиля на 50% выше, чем 1400 кг.
Энергоэффективность
Сравнивать эффективность работы транспортных средств оснащенных электрическими двигателями или двигателями внутреннего сгорания довольно трудно, поскольку они работают совершенно на разных принципах. Бензиновые транспортные средства преобразовывают энергию топлива в механическую за счет использования теплового двигателя. Двигатели внутреннего сгорания имеют довольно низкий уровень энергоэффективности, поскольку тепло не может быть трансформировано непосредственно в механическую энергию.
Электрические двигатели работают эффективнее двигателей внутреннего сгорания.
Эффективность преобразования тепловой энергии в механическую с помощью электрического двигателя составляет 100%, в то время, когда энергоэффективность двигателей внутреннего сгорания не превышает показателя 20%.
В бензиновых автомобилях значительное количество энергии топлива превращается в тепловую энергию, которая может быть использована, к примеру, для обогрева автомобильного салона. Электрические же транспортные средства наоборот практически не производят тепла, к тому же в холодную погоду в электротранспорте наблюдается повышение уровня потребления энергии аккумуляторных батарей и снижения диапазона пробега между подзарядками.
Подзарядка
Электротранспорт, как правило, можно подзаряжать как от обычной бытовой розетки, так и с помощью специальных электрических станций подзарядки. Многие пользователи делают выбор в пользу бензинового транспорта, поскольку заправка бака горючим занимает значительно меньше времени, нежели подзарядка электричеством электромобилей. Однако, данный недостаток электротранспорта легко ликвидируется созданием в стране сети заправочных пунктов быстрой подзарядки. В то время, когда для восполнения заряда батарей от бытовой розетки бывает необходимо несколько часов, станции быстрой подзарядки позволяют значительно сократить время этого процесса, впредь до 30 минут.
Опасность для пешеходов
С одной стороны, электрические транспортные средства способствуют снижению уровня шумового фона на проезжей части, поскольку практически не производят никаких звуков при движении, но с другой стороны, бесшумный электротранспорт может являться источником потенциальной опасности для пешеходов, особенно для людей с плохим зрением.
Приближение электрических транспортных средств со скоростью движения меньше чем 30 км/ч практически неуловимо на слух, но при более высоких скоростях дополнительный звук создается трением шин и ударами воздуха. С целью повышения уровня безопасности электрического транспорта, правительство ряда стран работает над созданием правовых норм, которые бы урегулировали минимально допустимый уровень звука, производимого при движении электрических и гибридных транспортных средств, при работе их в электрическом режиме.
Типы электрических транспортных средств
Практически любое из существующих транспортных средств можно оборудовать электроприводом.
Гибридные транспортные средства
В гибридных электрических транспортных средствах для привода ведущих колес использовано более одного источника энергии. Как правило, конструкция гибридного транспорта предполагает сочетание как двигателя внутреннего сгорания, так и электрического двигателя.
Сегодня в мире используются полные и умеренные гибридные силовые установки, работающие по параллельной или последовательной схеме. Электромотор и двигатель внутреннего сгорания при параллельной схеме срабатывают практически одновременно, а при последовательной схеме – двигатель внутреннего сгорания обеспечивает дополнительное питание электромотора энергией, вырабатываемой при помощи генератора.
Большинство гибридных автомобилей являются полными гибридами, поскольку электромотор и двигатель внутреннего сгорания могут работать вполне автономно. К тому же, оба мотора могут работать также и вместе. В отличии от полных гибридов, в умеренных гибридах электрический двигатель выполняет только вспомогательную роль, он может использоваться в качестве дополнительной движущей силы при старте или же способствовать накапливанию дополнительного заряда в батареях при торможении.
Одним из наиболее популярных сегодня гибридный электрических автомобилей в мире является Toyota Prius.
Дорожные и внедорожные электрические транспортные средства
К дорожным электрическим транспортным средства относятся: электрические легковые и грузовые автомобили, электрические троллейбусы, электрические автобусы, электрические мотоциклы и скутеры, электровелосипеды, гольфкары, электропогрузчики.
Внедорожные электрические транспортные средства включают электрофицированные вездеходы и тракторы.
Железнодорожные электрические транспортные средства
Фиксированный характер железнодорожных линий позволяет питать поезда электроэнергией через воздушные или наземные линий электропередачи, устраняя необходимость комплектования электротранспорта тяжелыми бортовыми аккумуляторными батареями. В наше время электрические поезда и трамваи являются наиболее популярными видами общественного транспорта в странах Европы и Азии.
Отсутствие на борту электрических поездов аккумуляторных батарей позволяет им быстро разгоняться и развивать большую скорость.
Воздушные электрические транспортные средства
С самого начала эры авиации велись работы над созданием воздушных электрических транспортных средств. В настоящее время существование такого транспорта стало реальным. К группе данным транспортных средств сегодня можно отнести пилотируемые и беспилотные летательные аппараты.
Водные электрические транспортные средства
Электрические лодки обрели популярность на рубеже XX века. Интерес к водному транспорту, работающему на энергии возобновляемых источников, постоянно растет с конца XX века. В последние годы возможным стало даже использование электромоторов для работы подводным лодок. Огромной популярностью в мире сегодня пользуются солнечные лодки.
Космические аппараты
Электроэнергия имеет довольно долгую историю использования даже в космических аппаратах. В качестве источников питания в них могут использоваться аккумуляторные батареи или же солнечные панели.
© Сергей Вольтер 2013
Любое копирование, перепечатка и распространение материалов статей без разрешения правообладателя запрещены и преследуются по закону. Нарушение авторских прав будет рассматриваться согласно статьи 52 Закона Украины «О авторском праве и смежных правах», статьи 176 Криминального Кодекса Украины, статьи 432 Гражданского кодекса Украины, статьи 51-2 Кодекса Украины об административных правонарушениях.
Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В 17в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию. К сожалению, коэффициент полезного действия не высок.
Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую энергию
К тепловым двигателям относятся: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Их топливом является твёрдое и жидкое топливо, солнечная и атомная энергии.
Тепловые двигатели - паровые турбины - устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном- поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном- ДВС и паровые турбины; на ж/д- тепловозы с дизельными установками; в авиации- поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели. Без тепловых двигателей современная цивилизация немыслима. Мы не имели бы в изобилии дешевую электроэнергию и были бы лишены всех двигателей скоростного транспорта.
Двигатель внутреннего сгорания.
При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт.
В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:
· продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;
· продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;
· соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;
· избыточный кислород.
Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями двигателей, их режимом работы, техническим состоянием, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями.
Оксид углерода (СО) образуется в двигателях при сгорании обогащенных топливовоздушных смесей, а также вследствие диссоциации диоксида углерода, при высоких температурах. В обычных условиях СО – бесцветный газ без запаха. Токсическое действие СО заключается в его способности превращать часть гемоглобина крови в карбо-ксигемоглобин, вызывающий нарушение тканевого дыхания. Наряду с этим СО оказывает прямое влияние на тканевые биохимические процессы, влекущие за собой нарушение жирового и углеводного обмена, витаминного баланса и т. д. Токсический эффект СО связан также с его непосредственным влиянием на клетки центральной нервной системы. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Острые отравления наблюдаются при вдыхании воздуха с концентрацией СО более 2.5 мг/л в течение 1 часа.
Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид. Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO2) – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 способствует развитию заболеваний легких. Симптомы отравления проявляются только через 6 часов в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких. Также NОХ участвуют в формировании кислотных дождей.
Оксиды азота и углеводороды тяжелее воздуха и могут накапливаться вблизи дорог и улиц. В них под воздействием солнечного света проходят различные химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона (О3). В нормальных условиях озон не стоек и быстро распадается, но в присутствии углеводородов процесс его распада замедляется. Он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями, образуя смог. Кроме того, озон разъедает глаза и легкие.
Отдельные углеводороды СН (бензапирен) являются сильнейшими канцерогенными веществами, переносчиками которых могут быть частички сажи.
При работе двигателя на этилированных бензинах образуются частицы твердого оксида свинца вследствие распада тетраэтилсвинца. В отработавших газах они содержатся в виде мельчайших частиц размером 1–5 мкм, которые долго сохраняются в атмосфере. Присутствие свинца в воздухе вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферической нервной системы. Воздействие свинца на кровь проявляется в снижении количества гемоглобина и разрушении эритроцитов.
Состав отработавших газов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота.
Кроме того, работа дизельных двигателей на определенных режимах характеризуется дымностью. Черный дым представляет собой продукт неполного сгорания и состоит из частиц углерода (сажи) размером 0.1–0.3 мкм. Белый дым, образующийся в основном при работе двигателя на холостом ходу, состоит, главным образом, из альдегидов, обладающих раздражающим действием, частичек испарившегося топлива и капелек воды. Голубой дым образуется при охлаждении на воздухе отработавших газов. Он состоит из капелек жидких углеводородов.
Особенностью отработавших газов дизельных двигателей является содержание канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, среди которых наиболее вреден диоксин (циклический эфир) и бензапирен. Последний, так же как и свинец, относится к первому классу опасности загрязняющих веществ. Диоксины и близкие им соединения во много раз токсичнее таких ядов, как кураре и цианистый калий.
В отработавших газах обнаружен также акреолин (особенно при работе дизельных двигателей). Он имеет запах пригорелых жиров и при содержании более 0.004 мг/л вызывает раздражение верхних дыхательных путей, а также воспаление слизистой оболочки глаз.
Вещества, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, могут вызвать прогрессирующие поражения центральной нервной системы, печени, почек, мозга, половых органов, летаргию, синдром Паркинсона, пневмонию, эндемическую атаксию, подагру, бронхиальный рак, дерматиты, интоксикацию, аллергию, респираторные и другие заболевания. Вероятность возникновения заболеваний возрастает по мере увеличения времени воздействия вредных веществ и их концентрации.
Во всем мире большое внимание уделяется замене жидких нефтяных топлив сжиженным углеводородным газом (пропан-бутановая смесь) и сжатым природным газом (метаном), а также спиртосодержащими смесями.
Преимущества газового топлива – высокое октановое число и возможность применения нейтрализаторов. Однако при их использовании уменьшается мощность двигателя, а большая масса и габариты топливной аппаратуры снижают эксплуатационные показатели автомобиля. К недостаткам газообразных топлив относится также высокая чувствительность к регулировкам топливной аппаратуры. При неудовлетворительном качестве изготовления топливной аппаратуры и при низкой культуре эксплуатации токсичность отработавших газов двигателя, работающего на газовом топливе, может превышать значения бензинового варианта.
В странах с жарким климатом распространение получили автомобили с двигателями, работающими на спиртовых топливах (метаноле и этаноле). Применение спиртов снижает выброс вредных веществ на 20–25%. К недостаткам спиртовых топлив относится существенное ухудшение пусковых качеств двигателя и высокая коррозионная агрессивность и токсичность самого метанола. В России спиртовые топлива для автомобилей в настоящее время не применяются.
Все большее внимание как у нас в стране, так и за рубежом уделяется идее применения водорода. Перспективность этого топлива определяется его экологической чистотой (у автомобилей, работающих на данном топливе, выброс оксида углерода уменьшается в 30–50 раз, оксидов азота в 3–5 раз и углеводородов в 2–2.5 раза), неограниченностью и возобновляемостью сырьевых ресурсов. Однако внедрение водородного топлива сдерживается созданием энергоемких систем хранения водорода на борту автомобиля. Применяемые в настоящее время металлогидридные аккумуляторы, реакторы разложения метанола и другие системы очень сложны и дороги. Учитывая также трудности, связанные с требованиями компактного и безопасного образования и хранения водорода на борту автомобиля, автомобили с водородным двигателем какого-либо заметного практического применения пока не имеют.
В качестве альтернативы ДВС большой интерес представляют электрические силовые установки, использующие электрохимические источники энергии, аккумуляторные батареи и электрохимические генераторы. Электромобили отличаются хорошей приспособляемостью к переменным режимам городского движения, простотой технического обслуживания и экологической чистотой. Однако их практическое применение остается пока проблематичным. Во-первых, нет надежных, легких и достаточно энергоемких электрохимических источников тока. Во-вторых, перевод автомобильного парка на питание электрохимическими аккумуляторами приведет к расходованию огромного количества энергии наих подзарядку. Эта энергия в большинстве своем вырабатывается на тепловых электростанциях. При этом за счет многократной конвертации энергии (химическая – тепловая – электрическая – химическая – электрическая – механическая) общий КПД системы очень низкий и экологическое загрязнение районов вокруг электростанций многократно превысит нынешние значения.
В современной технике так же широко применяют и другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.
В современных турбинах, для увеличения мощности применяют не один, а несколько дисков, насажанных на общий вал. Турбины применяют на тепловых электростанциях и на кораблях.
Наибольшее значение имеет использование тепловых двигателей на тепловых электростанциях, где они приводят в движение роторы генераторов электрического тока.
Бурное развитие энергетики в нашей стране осуществляется в тесном единстве с мероприятиями по охране окружающей среды. Последние необходимы потому, что в энергетических установках, например на электрических тепловых станциях, широко используют твердое, жидкое, газообразное топливо. Однако прежде чем сжигать топливо, нужно извлечь из него ценную промышленную продукцию. Поэтому разрабатывают и применяют такие энергетические процессы, которые позволяют комплексно перерабатывать и использовать топливо. Например, газ перед сжиганием подвергают термическому разложению, получая при этом ацетилен, этилен, водород, сажу, графит. Эти продукты используют в различных отраслях промышленности (например, графит- в электротехнической промышленности) для получения полезных изделий, а водород в качестве топлива, которое при сжигании не загрязняет природу.
При работе тепловых электрических станциях выделяется дым, образующийся в процессе сжигания топлива. В дыме содержатся продукты сгорания топлива (оксиды серы, углерода, сажа, углеводороды и т.п.), которые загрязняют атмосферу. Чтобы уменьшить степень загрязнения атмосферы, на электростанциях устанавливают золоуловители, а так же используют крупные агрегаты, в которых достигается практически полное сгорание топлива (КПД работы современных агрегатов достигает 95-99%).
Для примера на рисунке 2 показана схема переработки топлива в энергетическом комплексе на базе ТЭС. В данном случае совершается комплексная задача: использование топлива для получения пара, приводящего в действие турбогенератор (производство электрической энергии); получение водорода, серы и изделий из плавленого шлака; исключение выброса в атмосферу оксида серы и других вредных продуктов сгорания топлива. Достигается это следующим образом.
Конвертор и парогенератор связаны общими газо-, воздухо- и паропроводами и образуют единый энерготехнологический комплекс. Твердое топливо после дробления и разлома поступает одновременно в две камеры конвертора. Одна из них служит для сжигание топлива с целью нагревания воды и получения пара; продукты сгорания топлива в виде газов при температуре выше 1500 градусов из этой камеры поступают в парогенератор, где при сгорании выделяют в меньшим количестве продукты отхода. Такой двухступенчатый режим сжигания топлива снижает количество загрязняющих атмосферу оксидов азота. В другую камеру конвертора поступает пылевидное топливо путем его вдувание паром и горячим воздухом; в ней происходит конверсия (изменение, переработка) твердого топлива; из него получается газообразное топливо (газ конверсии), из которого в последующем выделяют водород (топливо, не дающие вредных отходов) и серу. Необходимая для этого процесса энергия выделяется горячей водой, нагреваемой в камере конвертора, в которой сжигается твердое топливо.
Для уменьшения степени загрязнения окружающей среды отходами различных промышленных предприятий широко применяют электрофильтры. Они служат главным образом для газов и воздуха от пыли. Рассмотрим устройство и принцип действия одного из электрофильтров. В камере располагают коронирующие и осадительные электроды. Коронирующие электроды сделаны из проволоки или металлической ленты, а осадительные – в виде металлических пластин или цилиндров.
На коронирующие электроды подают отрицательный потенциал до 100 кВ, а осадительные соединяют с положительным полюсом источника тока. При этом возникает коронный заряд, вследствие чего происходит направленное движение электронов и отрицательных ионов от коронирующих к осадительным электродам. Взвешенные в газе (воздухе) частицы пыли, двигаясь с небольшой скоростью в камере электрофильтра, адсорбируют ионы, заряжаются и начинают двигаться по направлению к осадительным электродам. Осевшая на осадительных электродах пыль удаляется путем встряхивание электродов или смыванием с помощью специальных приспособлений. Для питания электрофильтров используют специальную выпрямительную подстанцию, оборудованную средствами автоматической защиты от коротких замыканий.
На ТЭС, а также на многих предприятиях машиностроения, металлообработки, химической промышленности и других в большом количестве применяют воду для охлаждения оборудования, сырья, готовой продукции. В результате вода загрязняется механическими примесями и растворимыми химическими веществами. Сток такой воды в водоемы загрязняет их. Наиболее радикальный путь предотвращения загрязнения водоемов сточными водами - применение безотходной технологии, т.е. таких технологических процессов и мер, которые позволяют получать не только готовую продукцию, но и перерабатывать отходы производства и исключать сток загрязненной воды. Более успешно эта проблема решается при создании территориально-производственных комплексов.
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Реактивный двигатель, двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в Р. д. могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Р. д. (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов.
Для создания реактивной тяги, используемой Р. д., необходимы: источник исходной (первичной) энергии, которая превращается в кинетическую энергию реактивной струи;
рабочее тело, которое в виде реактивной струи выбрасывается из Р. д.; сам Р. д. - преобразователь энергии. Исходная энергия запасается на борту летательного или др. аппарата, оснащенного Р. д. (химическое горючее, ядерное топливо), или (в принципе) может поступать извне (энергия Солнца). Для получения рабочего тела в Р. д. может использоваться вещество, отбираемое из окружающей среды (например, воздух или вода);
вещество, находящееся в баках аппарата или непосредственно в камере Р. д.; смесь веществ, поступающих из окружающей среды и запасаемых на борту аппарата. В современных Р. д. в качестве первичной чаще всего используется химическая энергия. В этом случае рабочее тело представляет собой раскалённые газы - продукты сгорания химического топлива. При работе Р. д. химическая энергия сгорающих веществ преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а тепловая энергия горячих газов превращается в механическую энергию поступательного движения реактивной струи и, следовательно, аппарата, на котором установлен двигатель. Основной частью любого Р. д. является камера сгорания, в которой генерируется рабочее тело. Конечная часть камеры, служащая для ускорения рабочего тела и получения реактивной струи, называется реактивным соплом.
В зависимости от того, используется или нет при работе Р. д. окружающая среда, их подразделяют на 2 основных класса - воздушно-реактивные двигатели (ВРД) и ракетные двигатели (РД). Все ВРД - тепловые двигатели, рабочее тело которых образуется при реакции окисления горючего вещества кислородом воздуха. Поступающий из атмосферы воздух составляет основную массу рабочего тела ВРД. Т. о., аппарат с ВРД несёт на борту источник энергии (горючее), а большую часть рабочего тела черпает из окружающей среды. В отличие от ВРД все компоненты рабочего тела РД находятся на борту аппарата, оснащенного РД. Отсутствие движителя, взаимодействующего с окружающей средой, и наличие всех компонентов рабочего тела на борту аппарата делают РД единственно пригодным для работы в космосе. Существуют также комбинированные ракетные двигатели, представляющие собой как бы сочетание обоих основных типов.
Принцип реактивного движения известен очень давно. Родоначальником Р. д. можно считать шар Герона. Твёрдотопливные ракетные двигатели - пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Востоке, а затем в Европе как фейерверочные, сигнальные, боевые. В 1903 К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» впервые в мире выдвинул основные положения теории жидкостных ракетных двигателей и предложил основные элементы устройства РД на жидком топливе. Первые советские жидкостные ракетные двигатели - ОРМ, ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П. Глушко и под его руководством созданы в 1930-31 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). В 1926 Р. Годдард произвёл запуск ракеты на жидком топливе. Впервые электротермический РД был создан и испытан Глушко в ГДЛ в 1929-33.
В 1939 в СССР состоялись испытания ракет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями конструкции И. А. Меркулова. Первая схема турбореактивного двигателя? была предложена русским инженером Н. Герасимовым в 1909.
В 1939 на Кировском заводе в Ленинграде началась постройка турбореактивных двигателей конструкции А. М. Люльки. Испытаниям созданного двигателя помешала Великая Отечественная война 1941-45. В 1941 впервые был установлен на самолёт и испытан турбореактивный двигатель конструкции Ф. Уиттла (Великобритания). Большое значение для создания Р. д. имели теоретические работы русских учёных С. С. Неждановского, И. В. Мещерского, Н. Е. Жуковского, труды французского учёного Р. Эно-Пельтри, немецкого учёного Г. Оберта. Важным вкладом в создание ВРД была работа советского учёного Б. С. Стечкина «Теория воздушно-реактивного двигателя», опубликованная в 1929.
Р. д. имеют различное назначение и область их применения постоянно расширяется.
Наиболее широко Р. д. используются на летательных аппаратах различных типов.
Турбореактивными двигателями и двухконтурными турбореактивными двигателями оснащено большинство военных и гражданских самолётов во всём мире, их применяют на вертолётах. Эти Р. д. пригодны для полётов как с дозвуковыми, так и со сверхзвуковыми скоростями; их устанавливают также на самолётах-снарядах, сверхзвуковые турбореактивные двигатели могут использоваться на первых ступенях воздушно-космических самолётов. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели устанавливают на зенитных управляемых ракетах, крылатых ракетах, сверхзвуковых истребителях-перехватчиках. Дозвуковые прямоточные двигатели применяются на вертолётах (устанавливаются на концах лопастей несущего винта). Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели имеют небольшую тягу и предназначаются лишь для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью. Во время 2-й мировой войны 1939-45 этими двигателями были оснащены самолёты-снаряды ФАУ-1.
РД в большинстве случаев используются на высокоскоростных летательных аппаратах.
Жидкостные ракетные двигатели применяются на ракетах-носителях космических летательных аппаратов и космических аппаратах в качестве маршевых, тормозных и управляющих двигателей, а также на управляемых баллистических ракетах. Твёрдотопливные ракетные двигатели используют в баллистических, зенитных, противотанковых и др. ракетах военного назначения, а также на ракетах-носителях и космических летательных аппаратах. Небольшие твёрдотопливные двигатели применяются в качестве ускорителей при взлёте самолётов. Электрические ракетные двигатели и ядерные ракетные двигатели могут использоваться на космических летательных аппаратах.
Окружающая среда
Тепловые двигатели (в том числе и реактивный) – необходимый атрибут современной цивилизации. С их помощью вырабатывается ≈ 80% электроэнергии. Без тепловых двигателей невозможно представить современный транспорт. В тоже время повсеместное использование тепловых двигателей связано с отрицательным воздействием на окружающую среду.
Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, способного поглощать тепловое инфракрасное (ИК) излучение поверхности Земли. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличивая поглощение ИК – излучения, приводит к повышению её температуры (парниковый эффект). Ежегодно температура атмосферы Земли повышается на 0,05 єС. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана.
Продукты сгорания топлива существенно загрязняют окружающую среду.
Углеводороды, вступая в реакцию с озоном, находящимся в атмосфере, образуют химические соединения, неблагоприятно воздействующие на жизнедеятельность растений, животных и человека.
Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере.
Для охраны окружающей среды широко использует очистные сооружения, препятствующие выбросу в атмосферу вредных веществ, резко ограничивают использование соединений тяжелых металлов, добавляемых в топливо, разрабатывают
Двигатели, использующие водород в качестве горючего (выхлопные газы состоят из безвредных паров воды), создают электромобили и автомобили, использующие солнечную энергию.
Выбросы вредных веществ в атмосферу- не единственная сторона воздействия энергетики на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на земле. Одно из направлений, связанное с охраной окружающей среды, это увеличение эффективности использования энергии, борьба за её экономию.
