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.
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.
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.
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.
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.
