Двигатель, пожалуй, можно назвать самой важной частью автомобиля. Ведь без двигателя автомобиль не сдвинется с места, но и без колес тоже далеко не уедешь, поэтому не будем делить автомобильные системы по важности, а просто попробуем узнать чуточку больше, об автомобильном двигателе.

Двигатель - это силовая установка, источник энергии автомобиля. Он используется для того чтобы машина могла выполнять свою основную функцию - перевозку грузов и пассажиров, но кроме этого, энергия, вырабатываемая двигателем, используется для обеспечения функционирования всех вспомогательных систем, например для работы кондиционера.

Впрочем, все вспомогательные системы, как правило, работают от электричества, вырабатываемого генератором или забираемой от аккумуляторов. А вот генератор как раз приводится в действие с помощью двигателя, передавая ему механическую энергию вращения вала.

Для обеспечения движения автомобиля так же используется механическая энергия вала двигателя, которая передается от двигателя на колеса через трансмиссию.

То есть, по сути, двигатель нужен для того, чтобы преобразовать какой-либо вид энергии в механическую энергию вращения вала, которая через систему механических связей передается на колеса, заставляя автомобиль двигаться.

Двигатель внутреннего сгорания

Когда мы говорим о двигателе автомобиля, то чаще всего представляем себе двигатель внутреннего сгорания , в качестве топлива для которого используется бензин, дизельное топливо, газ, а в последнее время пробуют и водород.

В двигателе внутреннего сгорания, как несложно догадаться, происходит преобразование энергии, выделяемой при сгорании легковоспламеняющихся веществ в механическую энергию. Конструкции двигателей внутреннего сгорания могут отличаться, бывают поршневые двигатели, роторные и газотурбинные.

Но принцип их работы остается неизменным. Энергия, выделяемая при сгорании топлива, в конечном итоге преобразуется в механическую энергию вращения вала двигателя и через систему механических связей передается на колеса, заставляя их вращаться.

Основной недостаток двигателей внутреннего сгорания их неэкологичность. При сжигании топлива выделяется много вредных веществ. Исключение в этом составляет водород, продуктом горения которого является обыкновенная вода, но проблема с его использованием на сегодняшний день заключается в дороговизне, хотя вероятно, что в будущем это будет основной вид топлива.

Но двигатели внутреннего сгорания - не единственные автомобильные двигатели.

Электро-двигатель

Существуют машины, которые используют в качестве исходной энергии - электричество. Наиболее популярный и близкий к автомобилю вид транспорта, работающий на электричестве - это всем известный троллейбус.

Но полноценным автомобилем его не назовешь, поскольку двигаться троллейбус может только лишь вдоль натянутых проводов, от которых он запитывается электричеством.

Но вы наверняка слышали о машинах, которые называются электромобилями. Электромобили - это автомобили, в которых в качестве силового агрегата используется электродвигатель.

Электродвигатель, как вы понимаете, работает от электрической энергии, которую он получает, как правило, от аккумуляторных батарей.

Электромобили, по сравнению с автомобилями, использующими двигатели внутреннего сгорания, имеют массу преимуществ.

Они экологичны, практически бесшумны (что не всегда плюс), быстро набирают скорость, им не нужна коробка скоростей можно даже обойтись без трансмиссии, если поставить двигатели на каждое из колес. То есть такие автомобили могли бы быть намного дешевле, чем автомобили с ДВС, если бы стали массовыми.

Но есть два существенных момента, которые очень сильно ограничивают применение электродвигателей на современных автомобилях. До сих пор не придумали аккумуляторов, которые бы могли запасти в себе достаточное количество электрической энергии.

То есть запас хода электромобиля сегодня ограничен несколькими десятками километров. Если не включать фары, магнитолу, кондиционер, то можно и до сотни километров проехать, но все равно это очень мало. Примерно в 5-6 раз меньше, чем на одной заправке бензином. Впрочем, над этим разработчики постоянно работают и возможно, что когда вы читаете эти строки, уже существует электромобиль с запасом хода более 500 км.

Но даже малый запас хода был бы не так страшен, если бы не время, требуемое на перезарядку аккумуляторов. Если заправка бензином, дизтопливом или газом занимает 5-10 минут, то аккумуляторы придется заряжать часов 12, а то и сутки.

Поэтому, пока электромобили могут использоваться лишь для непродолжительных поездок по городу, после чего всю ночь на зарядке.

Гибридные силовые агрегаты

Но преимущество электродвигателей над ДВС настолько велико, что желание их использовать хотя бы частично привело к появлению гибридных силовых установок, которые сегодня достаточно активно используются на автомобилях.

Гибридные силовые установки - это объединенные на одном автомобиле двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель (как правило, их 4, по одному на каждое колесо). Такие автомобили называют гибридными .

Существуют три схемы гибридных установок.

В первой энергия ДВС используется исключительно для выработки электрической энергии при помощи генератора. А уже от генератора энергия передается на зарядку аккумуляторов и на электродвигатели, обеспечивающие вращение колес.

Но более популярна другая схема. Во второй схеме привод на колеса осуществляется как от ДВС, так и от электродвигателей. ДВС и электродвигатели могут использоваться как самостоятельно, так и вместе.

Третий вариант - это сочетание первого и второго.

Вот такие они двигатели автомобиля, разнообразные и неоднозначные. Более подробно свойства, принцип работы, детали мы разберем в будущих публикациях.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования российской федерации

Волгоградский государственный технический университет

Контрольная работа

Перспективные транспортные двигатели

Выполнил: Московой С.А.

Проверил: доц. Шумский С.Н.

Волгоград 2013

Введение

Значительную роль в использовании природных энергетических источников играют транспортные средства, потребляющие около трети всей добываемой в мире нефти, причем из всех видов транспорта наиболее энергоемким является автомобильный. Использование в автомобилях углеводородных топлив нефтяного происхождения сопровождается выбросом в атмосферу огромного количества вредных веществ. В результате на автомобильный транспорт приходится от 39 до 63% загрязнения окружающей среды, масштабы которой глобальны - воздух, суша и вода.

Традиционный подход к решению энерго-экологических проблем автомобилизации заключается в улучшении конструкции существующих двигателей внутреннего сгорания и создании более совершенных энергосиловых установок нового типа при использовании более или менее обычных углеводородных топлив. В первом случае основное внимание уделяется повышению экономичности и снижению токсичности автомобилей путем сложной коррекции рабочего процесса в двигателе с целью обеспечения максимальной полноты сгорания топлива на всех рабочих режимах. двигатель топливо энергосиловой

Новые транспортные двигатели, разработанные к настоящему времени, включают электрические силовые установки и тепловые двигатели внутреннего и внешнего сгорания с нетрадиционными рабочими процессами.

К последним относят поршневые двигатели с послойным распределением заряда, газотурбинные, паровые и роторные двигатели, а также двигатели Стирлинга.

Некоторые из этих двигателей, в частности двигатели Стирлинга, в принципе могут обеспечить возможность создания малотоксичного автомобиля на обычных топливах, удовлетворяющего будущим жестким нормам.

Большой интерес представляют электрические силовые установки использующие электрохимические источники энергии - аккумуляторные батареи и топливные элементы.

Двигатели, используемые в большинстве видов транспорта на сегодняшний день

Тренд на либерализацию, обеспечивший конкуренцию на транспорте, в том числе и конкуренцию между разными видами транспорта, заставляет непрерывно искать технические и организационные решения, меняющие к лучшему облик транспортного мира. За последний десяток лет транспортные средства изменились чуть ли не на столько, сколько за предыдущие двадцать-тридцать лет.

Причины, которые заставляют меняться старые виды транспорта это давление со стороны, как потребителей, так и политиков за:

Мобильность (способность доставки от двери к двери;

Экономичность (прежде всего КПД по топливу);

Экологическую чистоту;

Безопасность.

Выполнение всех этих требований весьма противоречиво. Так, утяжеление транспортного средства обычно повышает его безопасность для пассажиров и водителя, но ухудшает безопасность для других (более тяжелый транспорт причинит при столкновении больше ущерба) и увеличивает расход топлива, что ведет к ухудшению характеристик экономичности и экологичности. В системах общественного транспорта большая экономичность означает снижение мобильности, до остановок приходится добираться.

В большинстве видов транспорта работает тот или иной двигатель, и на сегодняшний день в большинстве случаев это

Дизель,

Двигатель внутреннего сгорания,

Электродвигатель,

Турбореактивный двигатель.

Электродвигатель по своим характеристикам лучше многих других приводов у него и устойчивость к переменным нагрузкам лучше, и обороты регулируются лучше (поэтому не нужно сложных систем передачи), и КПД лучше, и устроен он попроще (в нем, например, меньше движущихся частей, что ведет к большей наработке на отказ), к тому же он обходится дешевле (поэтому его можно ставить, например, на каждое колесо, а не иметь один на все колеса).

Другое дело, что электричество на борту является крайне дорогим источником энергии. Батарейки можно вообще не рассматривать, аккумуляторы на сегодня невероятно тяжелы и долго заряжаются, а заряда у них хватает на немного. Выходом является получения бортового двигательного электропитания из углеводородного топлива либо используя топливные элементы, либо гибридные решения.

Топливные элементы в качестве топлива используют водородсодержащее сырье в пределе это чистый водород (и тогда на выхлопе у них чистая вода), но есть варианты на метиловом спирте, природном газе, бензине и даже дизельном топливе. Их установочная стоимость пока еще довольно велика до $5000 за Квт мощности, а то и больше. Чисто водородные топливные элементы являются и самыми чистыми, но для них неоткуда брать водород: стоимость водородной заправочной инфраструктуры сильно превышает стоимость сегодняшней инфраструктуры заправки углеводородами (продуктами нефтепереработки и газом). Поэтому на краткосрочную перспективу более популярны так называемые гибридные схемы, когда транспорт имеет как обычный двигатель, так и электрический.

Гибридные схемы воплощают в себе преимущества двух миров: мира обычных двигателей для получения электроэнергии и электродвигателя, используемого для привода колес. Обычный двигатель (дизель, внутреннего сгорания или даже газовая турбина) работает в оптимальном равномерном режиме и заряжает бортовой аккумулятор относительно небольшой емкости (много ниже, чем в электромобилях). А электродвигатель крутит колеса, работая в рваном режиме, зависящем от условий движения (ускорений и торможений, подъемов, грузоподъемности и т.д.). В результате динамические характеристики транспорта от использования электропривода существенно улучшаются с одной стороны, а экономичность и экологичность улучшаются из-за того, что обычный двигатель работает в оптимальном режиме.

Гибридных автомобили

Гибридные схемы бывают самые разные: от одновременной синхронизированной компьютером работы электромотора и обычного двигателя на одном валу до полностью независимых газотурбинного двигателя, работающего на генератор и специальных электродвигателей, вмонтированных прямо в колеса. Все эти решения уже есть на рынке и конкурируют. Вопрос лишь в том, что иметь на борту сразу несколько мощных двигателей с высоким КПД (обычный, электрический мотор-генератор (как правило генератор тоже, использующий рекуперацию при торможениях), и иногда отдельный электрический генератор) всегда дороже, нежели иметь просто один двигатель. Преимуществом же являются лучшие ходовые характеристики, более низкий расход топлива и низкотоксичный выхлоп.

На данный момент преимущества гибридных автомобилей больше всего проявляются в тяжелых решениях грузовиках и автобусах, в которых экономия на топливе и экологические ограничения могут быть сильнее, нежели в легковых автомобилях. Поэтому основная конкуренция гибридных схем разгорается в этом секторе, а главным конкурентом пока остаются дизели.

Начиная с какого-то порога распространения гибридов произойдет их лавинообразное массовое внедрение: из-за политических изменений цены топлива. Сегодня в большинстве стран мира финансирование инфраструктуры автодорог происходит путем акциза на топливо. Новые автомобили будут потреблять минимум вдвое меньше топлива, следовательно для сохранения того же уровня финансирования инфраструктуры их должно или стать вдвое больше (но тогда и инфраструктуры должно быть профинансировано больше), или акциз должен увеличиться вдвое. Топливо при этом неминуемо подорожает, и для обычных автомобилей станет непомерно дорогим. Стоимость же собственно гибридных автомобилей упадет из-за эффектов масштаба производства. Поэтому начиная с какого-то момента внедрение гибридных автомобилей вместо неожиданно ставших дорогими в эксплуатации обычных пойдет лавинообразно ежели только не изменится текущая политика по финансированию дорожной инфраструктуры.

Государство подталкивает к гибридизации транспорта и постоянным ужесточением экологических норм. Начиная с какого-то момента обеспечить требуемую государством экологическую чистоту двигателя, работающего в тяжелых условиях изменяющейся дорожной нагрузки, становится очень дорого. Выходом является использование гибридной схемы, в которой двигатель работает в постоянно оптимальном режиме, в том числе и оптимальном с точки зрения минимизации вредных выхлопов. Гибридная схема позволяет использовать также газотурбинные двигатели, которые обеспечивают еще большую экологическую чистоту.

Рынок готовится к вторжению гибридных автомобилей: на рынке уже есть отдельно специализированные электродвигатели до 350kW (применяются в тяжелых трейлерах и автобусах), новые типы электрифицированных колес с единой системой компьютерного управления, специализированные транспортные турбины и т.д.

Железнодорожники оценили гибридную схему много раньше: поскольку им всегда была нужна большая тяговая мощность, то тепловозы представляют собой да, правильно, мощные гибридные тягачи, только поставленные на рельсы.

Важно отметить, что появление автомобилей-тепловозов означает переход к единой электроэнергетике и транспорту. Автомобиль или тепловоз с электроприводом это передвижная электростанция относительно большой мощности: гибридные энергоустановки для автобусов и трейлеров имеют пиковую мощность до 350kW, тепловозов более 1Мвт. Десяток таких трейлеров или пара тепловозов, отдыхающих между поездками, могут составить конкуренцию какой-нибудь резервной электростанции в районе и уж точно воплощают идею распределенной генерации.

Осталось только откорректировать законодательство так, чтобы не мешать развитию распределенной генерации обязательным подчинением каждого небольшого генератора командам Системного Оператора. Тогда технологии смогут развиваться и быстро сделают выгодной совместную работу гибридного и электротранспорта и энергосистемы.

Эта связь энергетики и транспорта существовала всегда, сейчас она просто становится более очевидной. Так, Единая Европа так же, как и многие другие страны, имеет единое Министерство энергетики и транспорта, возглавляемое одним министром.

Отдельно можно рассматривать быстро становящийся популярным линейный двигатель в поездах на магнитной подушке. Но схемы движения на магнитной подушке все еще крайне дороги, и этот вариант вряд ли станет популярным.

Требования к новому виду транспорта

Очевидно, что исторически возникла потребность в новом виде транспортной инфраструктуры, которая придет вслед за авиацией.

Новый транспорт должен обладать развитой инфраструктурой, предполагающей его повсеместность. Ежели эта инфраструктура не будет повсеместной, то не будет выполнено свойство мобильности.

Главным требованием к новому виду транспорта является возможность инкрементальности его финансирования: возможность принимать деньги из многих источников, каждый из которых вкладывается в свой проект. Это означает, что новый вид транспорта должен задаваться как множество стандартов, обеспечивающих совместимость его путевой и подвижной инфраструктуры, управления движением и т.д. Тогда можно обозначить две основных конкуренции:

Конкуренция наборов стандартов, собственно и задающих новый транспорт.

Конкуренция поставщиков элементов путевой инфраструктуры и подвижного состава в рамках одного набора стандартов.

Большинство нынешних проектов транспорта будущего не удовлетворяют условию инкрементальности инвестирования один производитель поставляет и дорожное полотно, и проводит строительные работы, и поставляет подвижной состав для разработанного им же набора стандартов. Поэтому у большинства современных проектов-кандидатов на транспорт будущего не будет продолжения, они умирают вместе с каждым очередным огромным траншем их финансирования.

Почему сотовые телефоны выиграли у обычных проводных АТС? Инвестиции оператора в одну-две соты были меньше, нежели инвестиции в постройку обычной АТС и устройства кабельной канализации. Эти инвестиции сразу начинали работать, обслуживая вначале небольшое число потребителей а число сот можно было наращивать в тех местах, где рост потребителей был выше, но не раньше момента исчерпания пропускной способности начальной соты. Оборудование сот поставлялось сразу многими производителями, что обеспечивало их низкую стоимость но слипалось в единую общемировую телефонную сеть. То же происходило с интернет-провайдерами: большинство провайдеров мира устанавливали маленькие комплекты оборудования, которые слипались в общемировую сеть Интернет. Для инфраструктурных проектов важна не столько стоимость конечной инфраструктуры, сколько возможность ее инкрементального построения как технического, так и организационно-финансового.

Нельзя говорить, что единый поставщик транспортного решения будущего обеспечит взаимоувязку всех частей огромного нового проекта. Проект, претендующий на то, чтобы стать новым видом транспорта, должен развиваться как новый рынок, а не быть построен плановым порядком. Плановым порядком могут делаться большие проекты, но не виды транспорта это явно не один проект, а нечто большее.

Новый вид транспорта сможет выигрывать у уже существующих только в том случае, если обеспечит более эффективное использование земли и материалов для построения его инфраструктуры, нежели уже существующие. Отсюда такой большой интерес к монорельсам на опорах - как минимум, их стоимость меньше на стоимость освобожденной под ними земли.

Монорельсовые линии в различных проектах стоят сейчас от $3.5 до $40млн. за километр пути. Уменьшение их материалоемкости требует принципиально новых решений. Так, можно указать на струнный транспорт Юницкого, использующий для получения подвесного двурельсового пути некрученые натянутые парные тросы, стянутые по несколько штук каким-либо наполнителем (например, бетоном) в напряженную конструкцию. Стоимость такого пути - $2.5-$3.5 за километр при неменьшей надежности, нежели у монорельса.

Еще одно принципиальное требование это максимальное использование существующей капиллярной автодорожной структуры для удешевления стоимости последней мили при перевозках от-двери-до-двери. Это удобство от двери к двери и отсутствие пересадок и делает личные автомобили вне конкуренции в глазах населения, несмотря на многочисленные попытки привить любовь к общественному транспорту. Это требование может быть переформулировано следующим образом: транспорт будущего должен одновременно принадлежать к двум видам, а не одному виду.

Фактически все сегодняшние так любимые муниципалитетами большие проекты новых видов общественного транспорта являются одновидовыми, что доказывает их полную бесперспективность в качестве нового популярного транспорта будущего. Потребитель хочет иметь собственный экипаж, подъезжающий прямо к дому и находящийся около дома сколько угодно времени для удобства посадки и высадки (хотя вот гараж для такого экипажа может быть расположен и в другом месте). Пользоваться общественным транспортом потребитель не хочет, если есть возможность иметь свое собственное средство передвижения и гарантируется отсутствие пробок. И задача рынка удовлетворить эту его потребность.

Двухвидовый транспорт предполагает как возможность скоростного (200-300км/час) движения в режиме динамических составляемых поездов на подвесных направляющих новой транспортной инфраструктуры, так и езду по обычным автодорогам. Вполне возможно, что они будут получать электропитание от транспортной инфраструктуры новых магистралей и переходить на собственные электробатареи или гибридные двигатели при передвижении по необорудованной автодороге/улице. Правда, движение по автодорогам/улицам будет не требовать такой уж большой мощности двигателя и запаса топлива, какая требуется при езде по шоссе.

Наиболее известной концепцией одновидового транспорта является персональный городской общественный транспорт. Согласно этой концепции люди поодиночке или группами до 4-х человек садятся на специальных остановках в отдельные четырехместные кабинки, задают конечную станцию, и автоматика двигает эти кабинки по направляющим, объединяя в динамические поезда на длинных магистральных перегонах. Главным недостатком этой концепции является именно то, что это вариация именно общественного транспорта, проигрывающая в конкуренции частному автомобилю, доставляющему до двери и пассажира, и его семейство, и сопуствующие грузы. Подробнее материалы дискуссии о двухвидовости против одновидовости транспорта будущего (как и обсуждение возможных технических и организационных решений) можно почитать на http://faculty. washington.edu/jbs/itrans/

Требования двувидовости отменяют также прогноз о том, что будущее транспорта за небольшими персональными самолетами. Этот прогноз уже не оправдался с вертолетами (которым тоже предрекали распространенность чуть ли не автомобильную), а уж о самолетах (в том числе с вертикальным взлетом/посадкой) пока и говорить не приходится. Дело тут не только в сложности управления движением тысяч и тысяч быстролетящих вне всякой дорожной структуры бортов, но и в производимом при взлете/посадке/пролете шуме, а также получающейся стоимости проезда. А двувидовые проекты летающих автомобилей, реализующих режим от двери до двери практически повсеместно заморожены ввиду полной бесперспективности.

Важным требованием к новому виду транспорта является скорость обычно эту скорость определяют в 250-350км/час. Дело в том, что люди тратят на перемещение в среднем примерно один час в день. Эта цифра не слишком зависит от страны (отличаясь существенно только в Калифорнии там люди проводят в день в пути два часа, ибо они и едят и делают детей и вообще почти живут в автомобиле) и не зависит от лет, когда проводятся замеры. Это удивительно, но человечество не меняет своих привычек тратить на передвижение около часа в день, существенно увеличив свою мобильность преимущественно за счет увеличения скорости передвижения. И назад в лошадность, пешеходность и велосипедность возврата уже нет. Поэтому весьма маловероятно, что транспортом будущего будут являться устройства типа двухколесного электромобиля Segway крошечной платформы, которая может развивать в условиях города скорость до 20 км/час (скорость бегущего человека). Да, это поможет в условиях нынешних городских пробок, но сама идея нового транспорта возникает как раз из необходимости найти технологический выход из покрытия всей земли автомобильными дорогами.

Наиболее близко к требуемым скоростям подошли проекты скоростных железных дорог и дорог на магнитной подушке, но их цена остается крайне велика, к тому же они обладают всеми недостатками общественного транспорта: добраться до точки посадки и от точки высадки занимает времени (и нервов) много больше, нежели сам переезд.

Заключение

Основное финансирование сегодняшние проекты транспорта будущего получают от государства.

Одним из первых таких проектов был проект по созданию летательного аппарата тяжелее воздуха, который обошелся налогоплательщикам США в $70 000 и закончился ничем. С этим проектом конкурировали браться Райт, которые и смастерили первый летающий самолет, обошедшийся им в $2500. Последний шумный транспортный проект, закончившийся столь же бесславной растратой денег налогоплательщиков сверхзвуковой лайнер Конкорд, не окупишвий две трети своей стоимости и так и не создавший массового рынка сверхзвуковой пассажирской авиации. Увы, но государство не слишком большой помощник в создании транспортной инфраструктуры будущего:

чиновники проводят финансовую и регуляторную политику, которые позволяют выживать неэффективным технологиям и безбедно существовать плохим менеджерам и инженерам;

предписанные государством тарифы (в силу неверного понимания естественной монопольности любого транспорта) делают прибыль независимой от результатов работы, не стимулируют поиск новых технологий и взятие на себя технологических и финансовых рисков. В результате частный капитал либо не слишком стремится поучаствовать, либо его участие менее эффективно, чем было бы участие капитала в условиях свободных цен и рыночной конкуренции.

Государство обильно финансирует разработки нового транспорта, ибо чиновники якобы знают о технологиях лучше, чем бизнесмены:

распределяют деньги на исследования

дают льготы, субсидии и организовывают кросс-финансирование некоторых технологий

нарушают подход регулирования безопасности и экологичности по результатам (performance-based) и непосредственно предписывают использование тех или иных технологий.

На сегодня, единственный реализованный проект поезда на магнитной подушке существует в свободной экономической зоне Шанхай. Трасса, построенная на государственные деньги немецким консорциумом Transrapid International (в который входят Adtranz, Siemens и Tyssen) пролегает от делового центра Шанхая аэропорта Пудон. По общему признанию, проект имел скорее идеологическое, чем транспортное значение и воспринимается больше как аттракцион, чем как средство передвижения. В общей сложности, этот проект обошелся в 1.2 миллиарда долларов инвестиции, которые никогда не окупятся.

В итоге государство выбирает технологии:

дорогие, ибо рыночный успех неважен (выручает не просто возможность установить любые тарифы, а возможность последующего их субсидирования)

крупномасштабные доступны крупные суммы денег, а успешность некому контролировать

с одним собственником затрудняет поиск денег для роста проекта. Кроме того, один собственник это отсутствие конкуренции.

закрытыми стандартами присоединения затрудняет рост проекта, отсутствие конкуренции обеспечивает стагнацию

с заранее завышенными затратами, в силу распространенности коррупции

с непонятной экономической эффективностью (чаще всего во имя национальной безопасности или социальной стабильности).

Каким бы ни был транспорт будущего, он обязательно будет оборудован средствами распределенного управления движением борт-инфраструктура. На каждом борту будет стоять черный ящик для понимания того, что произошло во время аварии, на каждом борту будет оборудование выдачи сигнала бедствия, на каждом борту будет электронное навигационное оборудование, средства предотвращения столкновений и т.д. Сейчас идет переоборудование водного и воздушного транспорта, обсуждается переоборудование автотранспорта.

Из новинок можно будет указать на возможность формирования поездов из отдельных транспортных средств. Этот режим автопоезда электронной сцепки используется, например, для одновременного ускорения группы машин при старте после светофора на одноуровневом пересечении дорог (повышает пропускную способность магистрали в 3-5 раз) или для снижения аэродинамического сопротивления группы машин при движении по автостраде с соответствующим снижением расхода топлива.

Cписок использованной литературы

1. Транспортная система / Сундуков Е.Ю. - 961245/28; Заявл.27.12.96/Изобретения (Заявки и патенты). - 1998. - № 36.

2. Новый городской транспорт - автомобиль на рельсах: MEMBRANA - 2002 - №1.

3. Аксенов И.Я. Единая транспортная система: Учеб. для вузов - М: Высш. шк., 199.

4. Гулиа Н.В., Юрков С. Новая концепция электромобиля: Наука и техника 2000 - №2.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяются во всех областях народного хозяйства и являются практически единственным источником энергии в автомобилях. Расчет рабочего цикла, динамики, деталей и систем двигателей внутреннего сгорания.

курсовая работа , добавлен 07.03.2008


Классификация топлив. Принцип работы тепловых двигателей, поршневых двигателей внутреннего сгорания, двигателей с принудительным воспламенением, самовоспламенением и с непрерывным сгоранием топлива. Турбокомпрессорные воздушно-реактивные двигатели.

презентация , добавлен 16.09.2012


Принципы работы двигателей внутреннего сгорания. Классификация видов авиационных двигателей. Строение винтомоторных двигателей. Звездообразные четырехтактные двигатели. Классификация поршневых двигателей. Конструкция ракетно-прямоточного двигателя.

реферат , добавлен 30.12.2011


Классификация судовых двигателей внутреннего сгорания, их маркировка. Обобщённый идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический коэффициент различных циклов. Термохимия процесса сгорания. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма.

учебное пособие , добавлен 21.11.2012


Классификация, особенности конструкции и эксплуатационные свойства двигателей внутреннего сгорания, их обслуживание и ремонт. Принцип работы четырехцилиндровых и одноцилиндровых бензиновых двигателей в современных автомобилях малого и среднего класса.

курсовая работа , добавлен 28.11.2014


Организация и технология обкатки двигателей внутреннего сгорания. Виды расчетов производственной программы. Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Охрана труда и техника безопасности.

курсовая работа , добавлен 14.03.2011


Принцип действия двигателей внутреннего сгорания. Мощность механических потерь. Удельный индикаторный расход топлива. Подача воздушной смеси с помощью дросселя. Перспективы развития двигателестроения. Механические потери в современных двигателях.

реферат , добавлен 29.01.2012


История вопроса и пути совершенствования методов прямого сжигания твердых топлив в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Теоретические аспекты выгорания твердого топлива в рабочем пространстве двигателя при его сжигании объемным и слоевым способом.

книга , добавлен 17.04.2010


Применение на автомобилях и тракторах в качестве источника механической энергии двигателей внутреннего сгорания. Тепловой расчёт двигателя как ступень в процессе проектирования и создания двигателя. Выполнение расчета для прототипа двигателя марки MAN.

курсовая работа , добавлен 10.01.2011


Годовая программа производственного участка по ремонту двигателей внутреннего сгорания. Режим работы участка. Годовые фонды времени рабочих и оборудования. Расчет количества технологического производственного оборудования. Потребность в энергоресурсах.

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.

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.

Паровая турбина.

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.

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.