Вездеходы на пневматическом двигателе
27.05.2024Работа пневматического двигателя основана на использовании сжатого (т. е. находящегося под давлением, превышающим атмосферное) воздуха, для преобразования его в механическую работу.
Этот несложный принцип нашел применение в самых различных областях. Он используется в:
· промышленности для питания конвейеров, станков;
· строительстве для работы с пневмоинструментом;
· транспорте для привода грузовиков, автобусов;
· медицине, особенно в хирургии и стоматологии;
· оружейном деле. Всем хорошо знакомы воздушные винтовки и пистолеты.
Почему же пневмодвигатель до сих пор не вытеснил двигатели внутреннего сгорания? Почему мы не наблюдаем массового производства автомобилей, поездов и вездеходов с пневматическим двигателем?
Прежде чем дать ответ на данный вопрос, рассмотрим, как устроены пневмодвигатели и как они появились.
Прапрабабушка труба
Да, именно с нее, обычной длинной деревянной и полой трубки все и началось.
Невозможно с точностью до столетия определить, когда человек додумался использовать пустотелую трубку из дерева. Известно лишь, что произошло это в мезолите – среднем каменном веке. Трубка использовалась отнюдь не для развлечения, а для военных и охотничьих нужд. Воин/охотник с силой выдувал находящуюся в трубке и плотно прилегающую к ее стенкам короткую стрелу или дротик.
Технология, несмотря на ее простоту, не получила повсеместного распространения. Силы легких было недостаточно, чтобы выпущенный из трубки заряд мог убить цель. Для достижения летального эффекта требовался специальный яд. А растения, из которых его получают, растут не везде.
Поэтому «палили» из трубок отравленными стрелками там, где позволяет соответствующая флора. Некоторые племена Африки и Южной Америки, оставшиеся на уровне каменного века, используют такие до сих пор…
После того, как люди научились обрабатывать металлы, появились и кузнечные меха. Они использовались для нагнетания воздуха при ковке железа. Вот эта технология стала использоваться повсеместно.
Поскольку хомо сапиенс — агрессивный вид, то следующим этапом стало появление в 16 -17 веках пневматического оружия, в котором пули выталкивались давлением воздуха, получаемого за счет поршня, резко продвигаемого вперед спиральной пружиной при нажатии на пуск. А ближе к концу 17 столетия появились пневматические ружья и пистолеты с воздушными баллонами и насосами.
Полноценный пневматический двигатель для мирных нужд был создан в Британии лишь в 1799 году. А первый пневмокар – в 1823 г.
Хотя это «лишь» — понятие относительное. В эпоху господства паровой турбины пневмодвигатель казался заманчивой альтернативой. Даже после появления двигателей внутреннего сгорания моторы на сжатом воздухе были способно составить серьезную конкуренцию. Тем более, что первые ДВС были маломощными, и это обуславливало распространение воздухомобилей в конце 19 — начале 20 столетия.
Однако по мере совершенствования ДВС бензиново-солярный транспорт вытеснил воздушный. И в настоящее время мы не видим в массовом производстве пневмокаров. Даже пневмомобили присутствуют штучно.
А уж пневмовездеходы встречаются и того реже, представляя собою обычно собранные на заказ, а то и самодельные экземпляры.
В чем же причина столь малого распространения подобной техники? Слишком серьёзные у них недостатки.
Плюсы пневмовездеходов
Воздушный мотор снабжен поршнем с прикрепленным к нему штоком. Вокруг него навита пружина. Воздух, поступающий в камеру, с увеличением давления преодолевает сопротивление пружины и перемещает поршень. На фазе выпуска давление воздуха пружина возвращает поршень в первоначальное положение — и цикл повторяется. Пневмоцилиндр следует обозначить «движком внутреннего несгорания».
Сейчас чаще встречается мембранная модель. Роль цилиндра выполняет гибкая мембрана, к ней аналогично прикреплен шток с пружиной. Ее плюс состоит в том, что не требуется высокая точность посадки подвижных элементов, не нужны смазочные материалы, а герметичность рабочей камеры повыше.
Это, конечно, не единственное преимущество. В целом, вездеходы на пневматических двигателях обладают следующими плюсами:
Во-первых, в силу простоты конструкции и дешевизны пневмодвижка вездеход на сжатом воздухе стоил бы куда дешевле свои бензо-, дизельных и тем более электрических собратьев.
Во-вторых, вездеход на пневматическом двигателе гораздо дешевле в эксплуатации. Ему же не нужны бензин и солярка, которые вечно дорожают.
В-третьих, экология. Мы редко задумываемся о том, какой вред окружающей нас природной среде наносит транспорт с ДВС.
Пневмокар же — совсем другое дело. Его отработанные газы – это обычный воздух. Выезжая за город на вездеходе с пневматическим двигателем, вы могли бы любоваться природным красотами и наслаждаться тем фактом, что ваше путешествие не наносит им никакого ущерба.
Все вроде хорошо, вот только недостатки перевешивают достоинства.
Минусы пневмовездеходов
Базовый недостаток пневмоцилиндра, обуславливающий его скромные, по сравнению с ДВС, показатели – низкая энергетическая плотность. Говоря проще, количество вырабатываемой энергии на единицу объема рабочего тела.
Чисто для сравнения: воздух при давлении 30 МПа имеет плотность энергии порядка 50 кВт•ч на литр. А обычный бензин — 9411 кВт•ч на литр! Нехитрая арифметика показывает, что бензин в качестве топлива эффективнее в 200 раз.
Да, ДВС тоже не являются гигантами КПД. Но это смотря с чем сравнивать. Даже бензиновый движок выдает в итоге порядка 1600 кВт•ч на литр. А это почти на порядок превышает показатели пневмоцилиндра.
Данный фактор сильно ограничивает все эксплуатационные показатели воздушного мотора: запас хода, скорость, мощность, проходимость и т. д.
Так что вездеход на пневматическом двигателе – вездеход только по названию. Поскольку он просто не будет обладать необходимыми вездеходными показателями и окажется беспомощен перед теми преградами, для преодоления которых вездеходы и создаются.
Поэтому пневмокар в современных реалиях – по большей части дорогая игрушка для взрослых, не подходящая для выполнения вездеходных задач. Вездеход с ДВС эффективнее вездехода с пневматическим двигателем настолько же, насколько на войне огнестрельное оружие предпочтительнее пневматического.
