СОЛНЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

ЮТ Для умелых рук 1975 №1

Работая над моделью - будь то судно или авиамодель, - юному конструктору приходится решать немало вопросов, и один из них, какой поставить двигатель. Наиболее простой - механический, работающий от энергии растянутой резиновой ленты или скрученной стальной пружины. Миниатюрные электромоторы, питающиеся от химических источников (батарей или аккумуляторов), и миниатюрные двигатели внутреннего сгорания - это уже более сложные конструкции.

Наряду с достоинствами каждый из этих приводов имеет недостатки. В самом деле, двигатели, использующие энергию растянутой резины или скрученной пружины, после остановки модели каждый раз нужно заводить вновь. Непродолжительно работают и электрические моторчики. Батареи или аккумуляторы "садятся", и модель останавливается. Еще большего внимания требуют двигатели внутреннего сгорания. И все замыкается на топливе. Есть топливо - движется модель, нет - стоит.

Но существует еще один, быть может уже забытый, способ привода моделей. Он не требует ни накопителей механической энергии, ни химических источников, ни бензина.

В жаркий день от прямых солнечных лучей нагреваются поверхность почвы, крыши домов, асфальт автомобильных дорог. Невидимые тепловые лучи нагревают воздух и воду, И все это рядом, вокруг нас. Энергия, которая может приводить в движение различные механизмы.

Сегодня мы предлагаем познакомиться с тремя необычными двигателями.

He потребляя топлива, каждый из них может производить полезную работу. Но не подумайте, что они вечные двигатели. Секрет их работоспособности прост. Вал вращает энергия солнечных лучей. В отличие от большинства известных гелиоустановок, в которых солнечная энергия преобразуется в механическую лишь с помощью промежуточных устройств, в этих двигателях цикл превращения "свет - вращение" осуществляется в одной установке.

Рассмотрим простейший солнечный двигатель, конструкцию которого предложил изобретатель Д. Пасечнюк. Посмотрите на рисунок. На жесткой стойке укреплен цилиндрический сосуд, выкрашенный снаружи чёрной краской. В торцевых частях вырезаны отверстия разного диаметра. Внутрь, со стороны большего отверстия, вставлен ротор с двумя многолопастнымн колёсами. Лопасти в них наклонены в одну и ту же сторону и под одинаковым углом. Вал ротора вращается на подшипниках.

Sun engines

Работает двигатель Пасечнюка так. Солнечные лучи, падающие на черную поверхность сосуда, нагревают находящийся внутри его воздух. Давление в сосуде повышается, При этом оно одинаково действует изнутри на оба колеса.

Но колеса имеют различные диаметры. Следовательно, крутящий момент большого колеса будет больше крутящего момента малого колеса. Лопатки большого колеса, напоминающие лопатки вентилятора, начнут непрерывно выкачивать из сосуда часть нагретого воздуха. Но природа не терпит пустоты, поэтому в то же время через малое колесо в cocyд будет засасываться холодный воздух из атмосферы. Внутри он нагреется и снова выйдет, но с противоположного конца. Так, подобно вентилятору, работает этот не потребляющий топлива двигатель.

Изготовить такой двигатель можно довольно быстро, В качестве сосуда подойдет жестяная банка емкостью 4-5 л, например от томатной пасты. Осторожно вырежьте в одном днище отверстие диаметром 60-80 мм. Извлеките содержимое банки. Тщательно промойте внутренние стенки. В другом днище прорежьте отверстие диаметром 30-40 мм. Покрасьте банку черной краской. Возьмите ровную медную трубку. Припаяйте к ней лопатки из жести. Вставьте ротор с лопатками внутрь сосуда. Наденьте на него подшипники и закрепите их на опорах. Двигатель готов.

У двигателя, который сконструировал Т. Буров к.п.д. несколько выше, чем у двигателя Д. Пасечнюка. В качестве рабочего вещества в нем используется не воздух, а вода. Посмотрите на рисунок. Принцип действия его основан на изменении упругости водяных паров под влиянием нагревания и охлаждения. Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух банок, соединенных между собой трубкой. Например, верхнюю. Здесь одна банка находится в тени под защитой экрана, а другая освещается солнечными лучами. Лучи нагревают черную поверхность стенки. Температура воды в банке повышается. Вода начинает испаряться, и давление в банке увеличивается. По закону сообщающихся сосудов давление и в нагретой, и в еще холодной банках будет стремиться уравновеситься. Под действием избыточного давления часть жидкости из нагретой банки через трубку вытеснится в холодную. Перераспределение воды в сосудах приведет к неуравновешенному состоянию, при котором левая часть ротора окажется более тяжелой, чем правая. Ротор начнет вращаться.

Sun engines

Изготовить такой двигатель можно тоже из подручных материалов. Возьмите жестяные банки, например из-под сгущённого молока. Сбоку проделайте отверстие. Слейте содержимое и промойте банку. Сделайте другое отверстие на противоположной стороне. Затем возьмите медные трубки длиной 350 мм. Просверлите в них отверстия с каждого конца на длине 60 мм. Согните трубки посредине, а концы вставьте в банки. Места входа и выхода трубок из банок тщательно пропаяйте толстым слоем припоя. Покрасьте банки в черный цвет. Через один из открытых концов трубки залейте внутрь банок 400 см3 воды. Кусачками сожмите концы трубок, а сплющенные стыки пропаяйте.

Ротор собирается из трёх-четырёх пар, соединенных таким образом банок. Места изгиба припаяйте к медному валу. Сверху наденьте защитный картонный экран. Двигатель к работе готов.

Установите ось вращения ротора так, чтобы солнечные лучи освещали поверхность всех банок, находящихся с правой стороны. Ротор начнет вращаться против часовой стрелки.

Для регулировки тени экран можно сделать вращающимся и располагать его наклонно, как показано на рисунке. Это улучшит работу двигателя. Перенося экран в ту или другую сторону, можно менять направление вращения ротора.

Мощность двигателя Т. Бурова можно значительно увеличить, если применить двух- и даже трёхрядную конструкцию жестяных банок большой ёмкости. Банки надо расположить так, чтобы каждая из них (разумеется, с незакрытой стороны) равномерно нагревалась солнечными лучами.

В отличие от уже рассмотренных двух солнечных двигателей последний, третий, более эффективный. Его проект предложили американские ученые.

Принцип действия этого двигателя напоминает работу двигателя внутреннего сгорания. Есть у него и цилиндр и поршень, но вот только верхняя полость над рабочим поршнем выполняется большего объема. Есть у него и ещё одни поршень, названный вытеснителем. Правда, он скорее напоминает фильтр, чем поршень. Сверху вытеснитель покрыт проволочном сеткой, выкрашенной в черный цвет. В корпусе же у него имеется вертикальный конический капал, забитый тонкой медной проволокой. И поршень и вытеснитель штоками крепятся к коленчатому валу, на который насажен маховик. Рабочим телом в этом двигателе служит воздух, который практически прозрачен для тепловых солнечных лучей. Чтобы понять, как работает двигатель, рассмотрим сначала положение, когда вытеснитель находится в нижней, а поршень в верхней мертвой точке. Тепловые лучи, свободно проходя сквозь прозрачный купол, попадают на сетку. Она поглощает тепловую энергию и нагревается. Вместе с ней нагревается воздух, заполняющий пространство между куполом и сеткой. Нагреваясь, воздух с большей силой давит на стенки цилиндра. Снизу на рабочий поршень действует атмосферное давление, а сверху в этот момент - избыточное. В результате рабочий поршень будет перемещаться вниз, а вытеснитель - вверх. Нагретый воздух свободно проходит через металлический фильтр вытеснителя и отдает часть своего тепла медной проволоке. В увеличившемся объеме рабочей камеры температура, а следовательно, и давление воздуха уменьшатся. Теперь снизу на рабочий поршень действует атмосферное давление, несколько превышающее давление внутри рабочей камеры. Поршень начинает перемещаться вверх, а вытеснитель вниз. Охлажденный воздух из рабочей камеры проходит через, нагретую медную проволоку, подогревается и заполняет пространство под куполом. Двигатель возвращается в исход-ное состояние, и цикл повторяется.

Sun engines

Коэффициент полезного действия у такого двигателя небольшой. Его можно увеличить, если применить систему оптических линз или зеркал для концентрации энергии светового потока. Увеличится к.п.д. и в том случае, если использовать двойное остекление купола для уменьшения потерь тепла в окружающее пространство или применить водяное охлаждение для увеличения разности температур в рабочей камере.

Для того чтобы с помощью двигателя подобной конструкции получить мощность в одну лошадиную силу, нужяо сфокусировать на прозрачном куполе световой поток, "собранный" с поверхности зеркала размером примерно в один квадратный метр.

Итак, три солнечных двигателя. С их помощью можно получить мощность от сотых долей до одной лошадиной силы! Где можно ее использовать? Конечно же, и первый и второй двигатели, как более простые в изготовлении, можно применить на судо- и автомоделях. В ясный солнечный день они, не потребляя ни грамма горючего, смогут приводить во вращение не только ведущие колеса игрушечных автомобилей, грузовиков и тракторов, но и гребные винты и лопасти моделей лодок, катеров и кораблей. Важно правильно изготовить двигатель с любыми, заранее заданными габаритами.

Что же касается последнего, третьего, двигателя, то в его работоспособности еще необходимо убедиться, хотя теоретически как будто бы все правильно. Предлагаем вам сделать такой двигатель, испытать его и о результатах своей работы сообщить нам в редакцию.

В. ЗАВОРОТОВ, инженер
Рис. В. СКУМПЭ

BACKHOME