Методична розробка для профтехучилища, для 7, 8, 9, 10, 11 класів (факультатив): «Застосування інерційного двигуна для руху автомобілів, велосипедів»

Методична розробка для профтехучилища, для 7, 8, 9, 10, 11 класів (факультатив): «Застосування інерційного двигуна для руху автомобілів, велосипедів»

    Використовувати в якості двигуна розкручений диск людство намагається практично з часів винаходу колеса. Знаменитий російський винахідник з Нижнього Новгорода Іван Петрович Кулібін застосував інерційний двигун в своїй триколісній «самокатці» в 1791 році. "Самокатка", як і велосипед мав педалі для приводу коліс, але вона мала ще й маховик – за рахунок якого робився запас енергії і легше було долати підйоми.

   Останнім часом міжнародний консорціум з трьох компаній (Optare, Ricardo і Torotrak) представив прототип незвичайного гібрида - автобуса під назвою Flybus. Цікавий він в першу чергу тим, що використовує для накопичення енергії не акумулятор і електрику, а обертовий маховик. Загальна схема автобуса традиційна - дизельний мотор - коробка передач - привід на задню вісь. Незвично інше - в коробку "Флайбаса" встановили спеціальний вузол відбору, який з'єднаний з масивним маховиком. І кінетична енергія гальмування, яка раніше просто розсіювалась у вигляді тепла на гальмівних колодках, тепер розкручує маховик, накопичуючи в ньому потужність. При розгоні ж автоматична система підключає обертовий диск до коробки передач, віддаючи додаткову тягу на колеса. Ефект від маховика значний - такий принцип економить 20% палива. При цьому система досить проста і дешева, на відміну від загальноприйнятої гібридної схеми у вигляді тандему двигуна внутрішнього згоряння і електромотора, і їй не потрібен дорогий акумулятор - найважливіший елемент будьякого сучасного гібрида. 

    Щоб маховик можна було використовувати не тільки для демонстрації дослідів з фізики, а для реальної корисної роботи, щоб він міг скільки-небудь помітно брати участь в русі важкого автомобіля і т.д, обертовий диск повинен вміти запасати в собі достатню кількість енергії. Легкий або з малими обертами маховик придатний тільки для руху дитячих іграшок, а для збільшення потужності потрібно або збільшувати його масу, або піднімати швидкість обертання. А ще краще - і те, і інше відразу. Проте не все так просто. При збільшенні швидкості обертання виникає вірогідність розриву маховика відцентровими силами. 

   Появою на початку 2000-х років високоміцних вуглецевих волокон, які дозволили зробити маховики, що обертаються на величезних швидкостях. У надміцних маховиків вдалося різко підняти швидкість обертання і знизити масу маховиків.

     Цікава конструкція маховикового велосипеда, створеного проф. Вісконсинського університету в США. А. Франком. Завдяки дослідам на цьому велосипеді А. Франк знайшов оптимальні співвідношення і визначив економічність установки маховика на автомобілі. Маховик передбачається встановити додатково, в допомогу основному двигуну. Проф. А. Франк вважає, що установка маховика на стандартний автомобіль з потужністю двигуна в 75 кВт дозволить короткочасно розвинути потужність до 225 кВт, а витрату пального звести  до 2,5 л на 100 км шляху. Маса маховика тут всього 10 кг, частота його обертання 2500-3000 об / хв. Маховик з'єднується із заднім колесом велосипеда фрикційним конусом, що контактують з шиною. Переміщенням конуса в осьовому напрямку змінюється діаметр його робочої зони, що контактує з колесом, і внаслідок цього змінюється швидкість руху велосипеда. 

    Маховики використовують також для стабілізації швидкості в магнітофонах. Для демонстрації маховика на уроках фізики найпростіше взяти маховик від тонвала магнітофона разом з втулкою. Маховик від магнітофона в стані спокою (нитка намотана на тонвал) - показаний на фото 1. Маса маховика становить 529 гр.

                            Фото 1 

 Якщо такий маховик розкрутити, то він буде обертатись 1 хвилину.

Для «розкрутки» маховика на тонвал намотано 1 м товстої нитки – якщо потягнути за кінець нитки, то тонвал буде набирати оберти і буде досить швидко обертатись. Втулка маховика закріплена в лещата. На фото 2 показано маховик під час обертання – змійка на маховику розпливчаста.

                      Фото 2

   Для учнів це досить цікавий дослід, інерційні двигуни - це двигуни майбутнього. Вже сьогодні вдається «розкрутити» маховик (дані з Інтернету) до 60000 обертів в хвилину, при малій масі маховика.

Література: Інтернет

                        https://motoavto.su/mahovik-v-transporte/mahovichnye-miniavtomobili    

Автор: Бабин Дмитро Святославович