Миллиметровые дизели выдают ток карманной технике

Жидкие углеводороды содержат в 100 раз больше энергии на единицу веса, чем литий-ионные батареи, и в 300 раз больше, чем никель-кадмиевые. Поэтому в последние годы вырос интерес к топливным элементам для электроники. Однако есть и другой подход к производству энергии для миниатюрной аппаратуры.

Уже не первый год исследователи в США и Европе говорят о появлении микроскопических двигателей, которые питались бы различным углеводородным топливом и приводили бы в движение крошечные генераторы.

В различных экспериментах учёные уже показывали нам крошечные газовые турбинки и, скажем, двигатели Ванкеля. А вот специалисты из Великобритании полагают, что массу преимуществ можно получить, если сделать микроскопический поршневой ДВС.

	Симона Хохгреб и Кили Цзян (фотографии с сайтов eng.cam.ac.uk и eng.bham.ac.uk).

Эта работа ведётся под руководством профессора Симоны Хохгреб (Simone Hochgreb) из Центра исследования горения (Combustion Research Centre) университета Кембриджа (Cambridge University) и доктора Кили Цзян (Kyle Jiang) из Центра микроинжиниринга и нанотехнологий (Micro-Engineering and Nano-Technology Research Centre) университета Бирмингема (University of Birmingham).

Они проектируют двигатели с объёмом камеры сгорания порядка одного кубического миллиметра. Есть и первые образцы, правда, из опубликованных материалов не вполне ясно – работают ли они так, как задумано. По всей видимости – ещё нет.

Однако сама идея весьма любопытна. Прежде всего, нужно сказать, что детали этих двигателей – плоские. Те же поршни – это крошечные пластинки, выполненные методом ультрафиолетовой литографии.

Поршни движутся, будучи закрытыми с краёв фигурной пластиной, играющей роль корпуса, а сверху и снизу – такими же плоскими крышками.

Главные детали микро-ДВС. Внизу — миллиметровая линейка (фото с сайта eng.bham.ac.uk).

Интересно, что ДВС, создаваемые британцами – это дизели. Только вот работают они не на солярке, а на неких метаноловых смесях (с добавкой водорода), способных самостоятельно вспыхивать при такте сжатия.

Цель текущей работы: создать работоспособный двигатель с габаритами 5 х 15 х 3 миллиметра и выходной мощностью в 11,2 ватта при частоте вращения коленчатого вала 50 тысяч оборотов в минуту. Можно пофантазировать, как такую крошку можно удачно вписать в самые разные приборы.

Но прежде, чем эти моторы смогут стать массовыми, авторам проекта нужно будет преодолеть ряд трудностей.

Оппозитный двухцилиндровый микро-ДВС (фото с сайта eng.bham.ac.uk).

Например, компоненты на базе кремния плохо сочетаются с высокими температурами в зоне сгорания. Выход тут видится в переходе на керамику, над чем авторы и работают.

Вторая проблема – это огромные теплопотери через стенки. Для двигателя размером в считанные миллиметры они (потери) оказываются куда большими, относительно энергии, получаемой от сгорания топлива, чем для обычных ДВС.

Кили Цзян также работает над миниатюрным ванкелем, но в этом — он не первый (фото с сайта eng.bham.ac.uk).

Здесь пока разработчики идут по пути наращивания частоты вращения вала и, соответственно, сокращения времени рабочего такта. Причём, как показали исследования, желая сократить потери в десять раз, нужно и скорость увеличивать также вдесятеро.

Зато, если задуманное удастся, то такие ДВС миллиметрового масштаба пригодятся в микроскопических летательных аппаратах (разведка, анализ атмосферы), в миниатюрных полевых датчиках (как военных, так и научных), разбрасываемых чуть не горстями (их сейчас часто называют "умной пылью"), КПК и плеерах, ноутбуках и даже игрушках.

Ведь даже при скромном КПД в 10% эти движки смогут увеличить время работы миниатюрной техники, как рассчитали учёные, раз в 20, по сравнению с использованием аккумуляторных батарей того же веса.

 

 По материалам Membrana.ru