Каталог :: Технология

: Двигатель Стирлинга - прошлое, настоящее и будущее

            Ââåäåíèå            
21 ñåíòÿáðÿ 1816
ãîäà â
Ýäèíáóðãå,
ñòîëèöå
Øîòëàíäèè
Ðîáåðò
Ñòèðëèíã
çàïàòåíòîâàë
ìàøèíó,
êîòîðóþ îí
íàçâàë
"ýêîíîìàéçåð"
(economiser ). Â ðåàëüíîé
æèçíè
Ðîáåðò
Ñòèðëèíã
áûë
ñâÿùåííèêîì
øîòëàíäñêîé
öåðêâè è
ïðîäîëæàë
âåñòè
ñëóæáû, õîòÿ
åìó ê ýòîìó
âðåìåíè
èñïîëíèëîñü
âîñåìüäåñÿò
øåñòü ëåò. Â
ñâîáîäíîå
âðåìÿ â ñâîåé
äîìàøíåé
ìàñòåðñêîé
îí
êîíñòðóèðîâàë
òåïëîâûå
ìàøèíû. Îäíó
èç åãî
ðàáîòàâøèõ
ìîäåëåé
ïîçäíåå
èñïîëüçîâàë
ëîðä Êåëüâèí
äëÿ ñâîèõ
óíèâåðñèòåòñêèõ
ëåêöèé.
                              
     Îäèí èç ïåðâûõ äâèãàòåëåé Ñòèðëèíãà
 òî âðåìÿ äâèãàòåëü Ñòèðëèíãà ïîëó÷èë ïðèçíàíèå êàê íàäåæíàÿ ïàðîâàÿ ìàøèíà, êîòîðàÿ íèêîãäà íå âçðûâàåòñÿ, êàê ýòî äîâîëüíî ÷àñòî ñëó÷àëîñü ñ äðóãèìè òèïàìè ïàðîâûõ äâèãàòåëåé â òå âðåìåíà.
 1850 ïðîñòàÿ è
ýëåãàíòíàÿ
äèíàìèêà
äâèãàòåëÿ
Ñòèðëèíãà
áûëà âïåðâûå
òåîðåòè÷åñêè
îïèñàíà
ïðîôåññîðîì
Ðýíêèíîì
ÌàêÊîðíîì ( Professor
McQuorne Rankine ).
Ïðèáëèçèòåëüíî
÷åðåç ñòî
ëåò òåðìèí
"Äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà"
áûë
èñïîëüçîâàí
Ðîëüôîì
Ìåéåðîì (Rolf Meijer)
äëÿ
îáîçíà÷åíèÿ
âñåõ òèïîâ
ðåãåíåðàòèâíûõ
ïàðîâûõ
ìàøèí
çàìêíóòîãî
öèêëà.
Äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ÿâëÿåòñÿ
óíèêàëüíîé
òåïëîâîé
ìàøèíîé,
ïîñêîëüêó
åãî
òåîðåòè÷åñêàÿ
ýôôåêòèâíîñòü
ïðàêòè÷åñêè
ðàâíà
ìàêñèìàëüíîé
ýôôåêòèâíîñòè
òåïëîâûõ
ìàøèí (
ýôôåêòèâíîñòü
öèêëà Êàðíî ).
Äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ðàáîòàåò çà
ñ÷åò
òåïëîâîãî
ðàñøèðåíèÿ
ãàçà, çà
êîòîðûì
ñëåäóåò
ñæàòèå ãàçà
ïîñëå åãî
îõëàæäåíèÿ.
Äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ñîäåðæèò
íåêîòîðûé
ïîñòîÿííûé
îáúåì
ðàáî÷åãî
ãàçà,
êîòîðûé
ïåðåìåùàåòñÿ
ìåæäó
"õîëîäíîé"
÷àñòüþ
(îáû÷íî
êîìíàòíîé
òåìïåðàòóðû)
è "ãîðÿ÷åé"
÷àñòüþ,
êîòîðÿ
îáû÷íî
ðàçîãðåâàåòñÿ
çà ñ÷åò
ñæèãàíèÿ
ëþáîãî âèäà
òîïëèâà,
àòîìíûì
ðåàêòîðîì
èëè çà ñ÷åò
ñîëíå÷íîãî
òåïëà.
Íàãðåâ
ïðîèçâîäèòñÿ
ñíàðóæè,
ïîýòîìó
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
îòíîñÿò ê
äâèãàòåëÿì
âíåøíåãî
ñãîðàíèÿ.
Ñ ìîìåíòà
èçîáðåòåíèÿ
áûëî
ðàçðàáîòàíî
áîëüøîå
êîëè÷åñòâî
ðàçëè÷íûõ
ðàçíîâèäíîñòåé
äâèãàòåëåé
Ñòèðëèíãà ñ
öåëüþ
ïîâûøåíèÿ
ìîùíîñòè è
ýôôåêòèâíîñòè.
Òåì íå ìåíåå,
îíè
óñòóïàëè ïî
óäåëüíîé
ìîùíîñòè
äâèãàòåëÿì
Îòòî è
Äèçåëÿ.
Äâèãàòåëü
Îòòî,
èçîáðåòåííûé
â 1877 ãîäó è
äâèãàòåëü
Äèçåëÿ,
èçîáðåòåííûé
â 1893 èìåëè
áîëåå
âûñîêóþ
óäåëáíóþ
ìîùíîñòü,
÷åì
äâèãàòåëè
Ñòèðëèíãà
òîãî
âðåìåíè. Ýòî
ïðèâåëî ê
ïîñòåïåííîìó
âûòåñíåíèþ
äâèãàòåëÿ
Ñòèðëèíãà
èç
ïðîìûøëåííîñòè.
Îíè åùå
øèðîêî
ïðèìåíÿëèñü
â íà÷àëå
íàøåãî âåêà
íà ôåðìàõ è
øàõòàõ - â
îñíîâíîì äëÿ
ïðèâåäåíèå â
äåéñòâèå
ðàçëè÷íûõ
íàñîñîâ è
äðóãèõ
ïðèìåíåíèé,
ãäå íå
òðåáóåòñÿ
âûñîêàÿ
óäåëüíàÿ
ìîùíîñòü, à
îñíîâíûìè
êðèòåðèÿìè
ÿâëÿþòñÿ
íàäåæíîñòü
è
ýêîíîìè÷íîñòü.
Íî ê 1940 ãîäó èõ
âûïóñê áûë
ïðåêðàùåí.
                              
     Äåìîíñòðàöèîííàÿ ìîäåëü äâèãàòåëÿ Ñòèðëèíãà
Äîâîëüíî
äîëãî
äâèãàòåëè
Ñòèðëèíãà
èñïîëüçîâàëèñü
ëèøü êàê
èãðóøêè è
ó÷åáíûå
ïîñîáèÿ â
øêîëàõ è
óíèâåðñèòåòàõ
ïðè
èçó÷åíèè
òåðìîäèíàìèêè.
Íî â
ïîñëåäíèå
ãîäû
èíòåðåñ ê
äâèãàòåëþ
Ñòèðëèíãà
áûñòðî
âîçðàñòàåò.
Íà÷àò
ïðîìûøëåííûé
âûïóñê
äîìàøíèõ
ýëåêòðîãåíåðàòîðîâ
íà
äâèãàòåëå
Ñòèðëèíãà (
ñì.
ïðèëîæåíèå 1 ).
Íàöèîíàëüíûì
Àýðîêîñìè÷åñêèì
Àãåíòñòâîì
ÑØÀ (NASA) áûëè
ïðîâåäåíû
ñðàâíèòåëüíûå
îöåíêè
ðàçëè÷íûõ
òèïîâ
òåïëîâûõ
ìàøèí äëÿ
èñïîëüçîâàíèÿ
â
êîñìè÷åñêîé
àïïàðàòóðå (
ñì.
ïðèëîæåíèå 2 ).
Äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
áûë ïðèçíàí
íàèáîëåå
ïåðñïåêòèâíûì
èç-çà ñâîåãî
âûñîêîãî êïä
è
íàäåæíîñòè.
Âûïóñêàþòñÿ
õîëîäèëüíûå
óñòàíîâêè,
ðàáîòàþùèå
íà îáðàòíîì
öèêëå
Ñòèðëèíãà -
êàê
ïðîìûøëåííûå,
ïîçâîëÿþùèå
ïîëó÷àòü
òåìïåðàòóðó
äî -2400 Ñ ( ñì.
ïðèëîæåíèå 3 ),
òàê è
ïðåäíàçíà÷åííûå
äëÿ
èñïîëüçîâàíèÿ
â áûòîâûõ
õîëîäèëüíèêàõ.
 ïîñëåäíåì
ñëó÷àå èõ
ïðåèìóùåñòâà
ïåðåä
òðàäèöèîííûìè
ñèñòåìàìè
îáóñëîâëåíû
òåì, ÷òî â
êà÷åñòâå
õëàäîãåíòà
â íèõ ìîæåò
áûòü
èñïîëüçîâàí
îáû÷íûé
                  âîçäóõ.                  
Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî èñòîðèÿ äâèãàòåëÿ Ñòèðëèíãà äàëåêî íå çàêîí÷åíà. Åãî ðàçâèòèå âõîäèò â íîâûé ìíîãîîáåùàþùèé ýòàï.
Ïðèíöèï ðàáîòû è óñòðîéñòâî.
Äâèãàòåëü Ñòèðëèíãà ÿâëÿåòñÿ òåïëîâîé ìàøèíîé çàìêíóòîãî öèêëà. Åãî ðàáîòà îñíîâàíà íà ðàñøèðåíèè ãàçà, èñïîëüçóåìîãî êàê ðàáî÷åå òåëî, ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû. Íà ñëåäóþùåì ðèñóíêå ïðèâåäåíû äèàãðàììû äëÿ èäåàëüíîãî öèêëà Ñòèðëèíãà â êîîðäèíàòàõ äàâëåíèå-îáüåì P-V è òåìïåðàòóðà-ýíòðîïèÿ T-S è èëëþñòðàöèè ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîöåññîâ.
                              
                              
Íà
äèàãðàììàõ
öèôðàìè
îáîçíà÷åíû
òî÷êè,
ðàçäåëÿþùèå
ýòàïû
ðàáîòû
äâèãàòåëÿ.
Íà ïåðâîì
ýòàïå (1-2)
ïðîèñõîäèò
èçîòåðìè÷åñêîå
ðàñøèðåíèå
ãàçà. Äàëåå,
íà
ñëåäóþùåì
ýòàïå (2-3) -
îõëàæäåíèå
ïðè
ïîñòîÿííîì
îáúåìå.
Äàëåå (ýòàï 3-4) -
èçîòåðìè÷åñêîå
ñæàòèå
îõëàæäåííîãî
ãàçà. È
íàêîíåö íà
ýòàïå 4-1
ðàçîãðåâ ïðè
ïîñòîÿííîì
îáúåìå.
Ïîëåçíàÿ
ðàáîòà
ïðîèçâîäèòñÿ
ãàçîì
òîëüêî íà
ïåðâîì ýòàïå.
Âñå
îñòàëüíûå
ïðîèñõîäÿò
çà ñ÷åò
çàïàñåííîé
÷àñòè
ýíåðãèè
(îáû÷íî,
ýíåðãèè
âðàùàþùåãîñÿ
êîëåñà).
Ñóùåñòâóþò äâà îñíîâíûõ òèïà äâèãàòåëåé Ñòèðëèíãà, îòëè÷àþùèõñÿ óñòðîéñòâîì öèëèíäðîâ.  ïåðâîì - òàê íàçûâàåìîì äâóõöèëèíäðîâîì (Two pistons type Stirling engine) èñïîëüçóþòñÿ ðàçäåëüíûå öèëèíäðû äëÿ íàãðåâàíèÿ è îõëàæäåíèÿ ðàáî÷åãî ãàçà.
                              
     Äâóõöèëèíäðîâûé äâèãàòåëü Ñòèðëèíãà
Íà ýòîì
ðèñóíêå
âåðõíÿÿ
÷àñòü
ãîðÿ÷åãî
öèëèíäðà ñ
ïîðøíåì (hot piston)
ïîñòîÿííî
ðàçîãðåâàåòñÿ
âíåøíèì
èñòî÷íèêîì
òåïëà, â òî
âðåìÿ, êàê
âåðõíÿÿ
÷àñòü
õîëîäíîãî
öèëèíäðà ñ
ïîðøíåì (cold piston)
ïîñòîÿííî
îõëàæäàåòñÿ.
Ñëåäóåò
îáðàòèòü
âíèìàíèå,
÷òî ïîðøíè
çàêðåïëåíû
íà
êîëåí÷àòîì
âàëó (crank shaft) òàê,
÷òî
îáåñïå÷èâàþò
ñäâèã ïî
ôàçå íà 90
ãðàäóñîâ, ò.å.
â òî âðåìÿ,
êàê ãîðÿ÷èé
ïîðøåíü
äîñòèãàåò
âåðõíåãî
ïîëîæåíèÿ,
õîëîäíûé
íàõîäèòñÿ â
ñðåäíåì
ïîëîæåíèè,
äâèãàÿñü
ââåðõ. Ýòîò
ìîìåíò
ñîîîòâåòñòâóåò
ýòàïó 2-3 íà
ïðåäûäóùåì
ðèñóíêå -
îõëàæäåíèþ
ïðè
ïîñòîÿííîì
îáúåìå.
Çàòåì
õîëîäíûé
ïîðøåíü
ïîäíèìàåòñÿ
ââåðõ,
ñæèìàÿ
îõëàæäåííûé
ãàç ïðè
ïîñòîÿííîé
òåìïåðàòóðå -
ýòàï 3-4. Êîãäà
õîëîäíûé
ïîðøåíü
âûòåñíÿåò
îõëàæåííûé
è ñæàòûé
ãàç â
ãîðÿ÷èé
öèëèíäð, òîò
ðàçîãðåâàåòñÿ
ïðè
ïîñòîÿííîì
îáúåìå - ýòàï
4-1. È íàêîíåö,
ãîðÿ÷èé ãàç
ðàñøèðÿåòñÿ,
òîëêàÿ
ïîðøåíü â
ãîðÿ÷åì
öèëèíäðå
âíèç - ýòàï 1-2.
Íà
ïîñëåäíåì
ýòàïå
âûäåëÿåòñÿ
ìîùíîñòü,
÷àñòü
êîòîðîé
çàïàñàåòñÿ
âðàùàþùèìñÿ
         êîëåñîì (flywheel).         
 äðóãîé
êîíñòðóêöèè
- äâèãàòåëå
Ñòèðëèíãà
ïîðøíåâîãî
òèïà (Displacer type Stirling engine) -
èñïîëüçóåòñÿ
îäèí öèëèíäð,
îäíà
ñòîðîíà
êîòîðîãî
(âåðõíÿÿ íà
ïðèâåäåííîì
íèæå
ðèñóíêå)
ïîñòîÿííî
îõëàæäàåòñÿ,
à äðóãàÿ -
ïîñòîÿííî
íàãðåâàåòñÿ.
Ïîðøåíü-äèñïëåéñåð
(displacer),
ðàçäåëÿþùèé
õîëîäíóþ è
ãîðÿ÷óþ
÷àñòè
öèëèíäðà,
íåïëîòíî
ïðèëåãàåò ê
ñòåíêàì
öèëèíäðà,
÷òî
ïîçâîëÿåò
ãàçó
ïåðåìåùàòüñÿ
ìåæäó íèìè. Â
ýòîé
êîíñòðóêöèè
ïîðøíè òàê
æå
çàêðåïëåíû
íà
êîëåí÷àòîì
âàëó ñî
ñäâèãîì ïî
ôàçå íà 90
ãðàäóñîâ.
Äâèãàòåëü
ðàáîòàåòïî
òîìó æå
ïðèíöèïó,
÷òî è
ïðåäûäóùàÿ
êîíñòðóêöèÿ.
                              
     Äâèãàòåëü Ñòèðëèíãà ïîðøíåâîãî òèïà
È â òîé, è â
äðóãîé
êîíñòðóêöèè
òåïëîâàÿ
ýíåðãèÿ
íàãðåâàòåëÿ
ïðåîáðàçóåòñÿ
â
ìåõàíè÷åñêóþ
ýíåðãèþ
âðàùåíèÿ
âàëà. Îäíàêî,
âîçìîæíî
èñïîëüçîâàíèå
è îáðàòíîãî
öèêëà
Ñòèðëèíãà -
åñëè çà ñ÷åò
âíåøíåãî
äâèãàòåëÿ
âðàùàòü âàë
â ýòèõ
ìàøèíàõ,
ðàáî÷èé ãàç
áóäåò
äâèãàòüñÿ ïî
òîìó æå
öèêëó. Ïðè
ýòîì
"ãîðÿ÷èé"
öèëèíäð
áóäåò
îõëàæäàòüñÿ,
à "õîëîäíûé" -
ðàçîãðåâàòüñÿ.
Òî åñòü
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà â
ýòîì ñëó÷àå
áóäåò
ðàáîòàòü
êàê òåïëîâîé
íàñîñ, ò.å.
õîëîäèëüíàÿ
ìàøèíà.
Ðàáî÷èì
òåëîì â íåì
ìîæåò
ñëóæèòü
ëþáîé ãàç, â
òîì ÷èñëå è
àòìîñôåðíûé
âîçäóõ.
Ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ.
Ðàçâèòèå íàóêè è òåõíèêè ðèâåëî ê îáðàçîâàíèþ íîâûõ "ýêîëîãè÷åñêèõ íèø", â êîòîðûõ ñ óñïåõîì ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ äâèãàòåëü Ñòèðëèíãà. Íåêîòîðûå èç íèõ ïîêàçàíû íà ïðèâåäåííûõ íèæå ðèñóíêàõ.
                              
     Ïåðñïåêòèâíûå ïðèìåíåíèÿ äâèãàòåëÿ Ñòèðëèíãà.
Íà ïåðâîì èç
íèõ ïîêàçàí
ïðèìåð
ñîëíå÷íîé
ýíåðãåòè÷åñêîé
óñòàíîâêè (solar
power system). Âûñîêèé
ê.ï.ä.,
ïðîñòîòà è
íàäåæíîñòü
êîíñòðóêöèè
äâèãàòåëÿ
Ñòèðëèíãà
îáóñëàâëèâàþò
ýôôåêòèâíîñòü
åãî
èñïîëüçîâàíèÿ
â äàííûõ
ñèñòåìàõ.
Ñîëíå÷íûé
ñâåò
ôîêóñèðóåòñÿ
âîãíóòûìè
çåðêàëàìè
äëÿ
ðàçîãðåâà
äâèãàòåëÿ (â
êà÷åñòâå
èñòî÷íèêà
òåïëà). Â ðîëè
îõëàäèòåëÿ
ìîæåò
èñïîëüçîâàòüñÿ
îêðóæàþùèé
àòìîñôåðíûé
âîçäóõ. Ðîëü
òàêîãî
ýêîëîãè÷åñêè
÷èñòîãî
èñòî÷íèêà
ýíåðãèè â
ñîâðåìåííîì
ìèðå ëåãêî
îöåíèòü.
Íà âòîðîì
ðèñóíêå
ñõåìàòè÷åñêè
èçîáðàæåí
òåïëîâîé
íàñîñ
Âóëëåìåéåðà
(Vuillemeier Heat Pump).
Èçâåñòíî,
÷òî ïðè
èñïîëüçîâàíèè
îáðàòíîãî
öèêëà
Ñðèðëèíãà,
ò.å. åñëè,
íàïðèìåð,
ïðèâîäèòü
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà â
äâèæåíèå ñ
ïîìîùüþ
êàêîãî-ëèáî
âíåøíåãî
èñòî÷íèêà
(íàïðèìåð,
åùå îäíîãî
äâèãàòåëÿ
Ñòèðëèíãà),
òî "ãîðÿ÷èé"
öèëèíäð
áóäåò
îõëàæäàòüñÿ,
à "õîëîäíûé" -
ðàçîãðåâàòüñÿ.
Åñëè ïðè
ýòîì
ðàçîãðåâàòü
"ãîðÿ÷èé"
öèëèíäð
(íàïðèìåð,
îêðóæàþùèì
âîçäóõîì), òî
"õîëîäíûé"
öèëèíäð
áóäåò
ðàçîãðåâàòüñÿ
äî áîëåå
âûñîêîé
òåìïåðàòóðû.
Ïðè ýòîì
âíåøíÿÿ
ýíåðãèÿ
ðàñõîäóåòñÿ
íå
íåïîñðåäñòâåííî
íà ðàçîãðåâ,
à íà
"ïåðåêà÷êó"
òåïëà èç
õîëîäíîãî
ìåñòà â
áîëåå òåïëîå,
÷òî ãîðàçäî
ýôôåòèâíåå.
Äëÿ
èäåàëüíîãî
ñëó÷àÿ
ê.ï.ä.òàêîé
ñèñòåìû
ìîæåò áûòü
ïîñ÷èòàí
êàê
                    
ãäå
Òñ - àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà õîëîäíîé ÷àñòè
Òh - àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà ãîðÿ÷åé ÷àñòè
Ïîñêîëüêó
äàæå â
ñèëüíûå
ìîðîçû Òñ 
ðåäêî
îïóñêàåòñÿ
íèæå 250
ãðàäóñîâ
Êåëüâèíà, äëÿ
ïîääåðæàíèÿ
Òh íà
óðîâíå 300
ãðàäóñîâ
Êåëüâèíà ( 270 )
ê.ï.ä.
ñîñòàâëÿåò
250/(300-250)=5. Òî åñòü,
çàòðàòèâ 1
êÂò.÷
ýëåêòðîýíåðãèè
íà ðàáîòó
òåïëîâîãî
íàñîñà, ìû
ïîëó÷èì â 5
ðàç áîëüøå
òåïëà, ÷åì
åñëè áû
ïîäàâàëè òó
æå ìîùíîñòü
ïðÿìî íà
ýëåêòðîíàãðåâàòåëü.
Îòñþäà
ëåãêî ïîíÿòü
èíòåðåñ ê
òåïëîâûì
íàñîñàì íà
îñíîâå
öèêëà
Ñòèðëèíãà.
Íà ñëåäóþùåì ðèñóíêå ïðåäñòàâëåí êðèîêóëåð Ñòèðëèíãà (Stirling cryocooler). Îí ðàáîòàåò ïî òîìó æå ïðèíöèïó òåïëîâîãî íàñîñà, íî èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå õîëîäèëüíîé óñòàíîâêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ î÷åíü íèçêèõ òåìïåðàòóð. Äàëåå áóäóò áîëåå ïîäðîáíî îïèñàíû ïåðñïåêòèâû è ïðåèìóùåñòâà óñòðîéñòâ ýòîãî òèïà.
Íà ïîñëåäíåì
ðèñóíêå
ïîêàí
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà,
óñòàíîâëåííûé
íà àòîìíîé
ïîäâîäíîé
ëîäêå.
Ïîñêîëüêó â
ýòîì ñëó÷àå
âåñ è
ãàáàðèòû
äâèãàòåëÿ
íå èãðàþò
ðåøàþùåé
ðîëè,
âûñîêèé ê.ï.ä.
è
íàäåæíîñòü
äåëàþò åãî
èäåàëüíûì
êàíäèäàòîì
äëÿ
ïðåîáðàçîâàíèÿ
òåïëîâîé
ýíåðãèè,
âûðàáàòûâàåìîé
àòîìíûì
ðåàêòîðîì, â
ìåõàíè÷åñêóþ.
Áëàãîäàðÿ
òîìó, ÷òî
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ïðàêòè÷åñêè
íå
íóæäàåòñÿ â
óõîäå è
íàñòðîéêå,
îí ìîæåò
áûòü
ðàçìåùåí â
èçîëèðîâàííîé
÷àñòè
êîðïóñà, ÷òî
îñîáåííî
ñóùåñòâåííî
â ñëó÷àå
çàòðóäíåííîãî
äîñòóïà (êàê
â ñëó÷àå
ïîäâîäíûõ
ëîäîê èëè
êîñìè÷åñêèõ
àïïàðàòîâ).
Òàê,
ñïåöèàëèñòàìè
NASA (
Íàöèîíàëüíîãî
Àýðîêîñìè÷åñêîãî
Àãåíòñòâà
ÑØÀ) áûëè
ïðîäåëàíû
ïðåäâàðèòåëüíûå
ïðîðàáîòêè
ïðîåêòà
ñîçäàíèÿ
îáèòàåìîé
áàçû íà Ëóíå
( ñì.
ïðèëîæåíèå 2 ).
Ïðîåêòîì
ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ
ïîñòåïåííîå,
"ýâîëþöèîííîå"
ñòðîèòåëüñòâî
áàçû -
íà÷èíàÿ ñ
ìàëåíüêîãî
îáèòàåìîãî
ìîäóëÿ è äî
áîëüøîé
ïðîèçâîäñòâåíîé
áàçû ñ
ïîëíîé
îáðàáîòêîé
ïîëåçíûõ
èñêîïàåìûõ.
 êà÷åñòâå
îñíîâíîãî
èñòî÷íèêà
ýíåðãèè äëÿ
ðàáîòû â
óñëîâèÿõ
ëóííîé
ïîâåðõíîñòè
áûë âûáðàí
àòîìíûé
ðåàêòîð SP-100 ñ
òåïëîâîé
ìîùíîñòüþ 2500
êÂò è 8
ýëåêòðè÷åñêèõ
ãåíåðàòîðîâ,
ðàáîòàþùèõ
îò
äâèãàòåëåé
Ñòèðëèíãà.
Äâà èç íèõ
ïðåäïîëàãàëîñü
äåðæàòü â
ðåçåðâå äëÿ
îáåñïå÷åíèÿ
òðåáóåìîãî
óðîâíÿ
ðåçåðâèðîâàíèÿ
ìîùíîñòè, à
îñòàëüíûå
ïëàíèðîâàëîñü
èñïîëüçîâàòü
íà 91.7
ïðîöåíòîâ îò
èõ
íîìèíàëüíîé
ýëåêòðè÷åñêîé
ìîùíîñòè (150
êÂò). Òàêèì
îáðàçîì,
ïîëíàÿ
ïðîåêòíàÿ
ýëåêòðè÷åñêàÿ
ìîùíîñòü
ñîñòàâëÿåò 825
êÂò. Â
êà÷åñòâå
äîïîëíèòåëüíîãî
èñòî÷íèêà
íà ïåðâîì
ýòàïå
ñòðîèòåëüñòâà
ïðåäóñìîòðåíî
èñïîëüçîâàíèå
íàðàùèâàåìûõ
ñîëíå÷íûõ
áàòàðåé. Â
ïðîåêòå
ïðèâîäèòñÿ
ïîäðîáíîå
òåõíè÷åñêîå
îïèñàíèå
ðåàêòîðíîé
óñòàíîâêè,
êîíñòðóêöèè
è òåïëîâîãî
ïîäñîåäèíåíèÿ
äâèãàòåëåé
Ñòèðëèíãà,
ñèñòåì
îòâîäà òåïëà
è
ðàñïðåäåëåíèÿ
ìîùíîñòè.
Îïèñàííûé
ëóííûé
ïðîåêò
äåìîíñòðèðóåò
ïîòåíöèàëüíûå
ïðèìåíåíèÿ
äâèãàòåëåé
Ñòèðëèíãà â
áóäóþùåì.
Åñëè
âåðíóòüñÿ â
íàñòîÿùåå
âðåìÿ, ìîæíî
ïðèâåñòè, â
êà÷åñòâå
ïðèìåðà,
íà÷àâøèéñÿ
âûïóñê
äîìàøíèõ
ýëåêòðîãåíåðàòîðîâ
íà
äâèãàòåëå
Ñòèðëèíãà (
ñì.
ïðèëîæåíèå 1 ).
Â
ïðèâåäåííîì
ðåêëàìíîì
ìàòåðèàëå
îïèñàí
ñîâìåùåííûé
íàãðåâàòåëü-ýëåêòðîãåíåðàòîð
WG800 ìîøíîñòüþ 800
Âò íà
äâèãàòåëå
Ñòèðëèíãà.
Ïðèáîð
óíèâåðñàëüíûé,
ïðåäíàçíà÷åí
äëÿ
èñïîëüçîâàíèÿ
êàê â
äîìàøíèõ
óñëîâèÿõ,
òàê è ïîä
îòêðûòûì
íåáîì. Åãî
ïðåèìóùåñòâà
- âûñîêàÿ
íàäåæíîñòü
è
àâòîíîìíîñòü
(5000 ÷àñîâ
ðàáîòû äî
ïåðâîãî
òåõíè÷åñêîãî
îáñëóæèâàíèÿ),
íèçêèé
óðîâåíü
øóìà -
ãîðþ÷åå
ñãîðàåò
íåïðåðûâíî, â
îòëè÷èå îò
äâèãàòåëåé
âíóòðåííåãî
ñãîðàíèÿ,
ãäå îíî
ïîñòóïàåò â
öèëèíäð
ïîðöèÿìè è
òàì
âçðûâàåòñÿ.
 êà÷åñòâå
òîïëèâà
ìîæåò
èñïîëüçîâàòüñÿ
ïðèðîäíûé
ãàç, âñå âèäû
æèäêîãî
òîïëèâà,
óãîëü è äàæå
äðîâàÂñå ýòî
äåëàåò åãî
÷ðåçâû÷àéíî
óäîáíûì äëÿ
èñïîëüçîâàíèÿ
â óäàëåííûõ
îò
ýëåêòîñåòåé.
Íà ðûíêå
äîñòóïíû
òàê æå áîëåå
ìîùíûå, 3 êÂò,
ìîäåëè
ïðèáîðà.
Äðóãîé
ïðèìåð
ñîâðåìåííîãî
èñïîëüçîâàíèÿ
ïðèáîðîâ,
îñíîâàííûõ
íà öèêëå
Ñòèðëèíãà -
êðèîêóëåðû. Â
øèðîêèõ
ìàñøòàáàõ
èõ íà÷àëè
ïðîèçâîäèòü
îêîëî äåñÿòè
ëåò íàçàä -
ïðåèìóùåñòâåííî
äëÿ
èñïîëüçîâàíèÿ
â âîåííîé
òåõíèêå: íà
òàíêàõ è
ñàìîëåòàõ
òðåáîâàëîñü
óñòàíàâëèâàòü
âûñîêî÷óâñòâèòåëüíûå
îõëàæäàåìûå
äî
òåìïåðàòóð
ïîðÿäêà -2000 Ñ
äàò÷èêè è
ïðèåìíèêè.
Äëÿ èõ
îõëàæäåíèÿ
è áûëè
ðàçðàáîòàíû
êðèîêóëåðû
íà îñíîâå
îáðàòíîãî
öèêëà
Ñòèðëèíãà.
Íèæå
ïðèâîäèòñÿ
êðàòêîå
îïèñàíèå
îäíîãî èç
îòå÷åñòâåííûõ
êðèîêóëåðîâ,
êîòîðûå â
ñâÿçè ñ
êîíâåðñèåé
ïîñòóïèëè
íà îòêðûòûé
ðûíîê.
     çÏÓÕÄÁÒÓÔ×ÅÎÎÏÅ ÐÒÅÄÐÒÉÑÔÉÅ "îðï ïÒÉÏÎ".
     íÎÏÇÏÜÌÅÍÅÎÔÎÙÊ ÆÏÔÏÐÒÉÅÍÎÉË ÎÁ ÏÓÎÏ×Å ëòT Ó ÓÉÓÔÅÍÏÊ ÏÈÌÁÖÄÅÎÉÑ ÔÉÐÁ óÐÌÉÔ-óÔÉÒÌÉÎÇ
     ëÒÁÔËÏÅ_ÏÐÉÓÁÎÉÅ: íÎÏÇÏÜÌÅÍÅÎÔÎÙÊ ÆÏÔÏÐÒÉÅÍÎÉË ÎÁ_ÏÓÎÏ×Å ÓÏÅÄÉÎÅÎÉÑ ËÁÄÍÉÊ-ÒÔÕÔØ-ÔÅÌÌÕÒ Ó ÒÁÚÍÅÒÏÍ ÜÌÅÍÅÎÔÁ 50È50 (35È35) ÍËÍ ÄÌÑ ÓÐÅËÔÒÁÌØÎÏÇÏ ÄÉÁÐÁÚÏÎÁ 8-12 ÍËÍ, ÉÎÔÅÇÒÉÒÏ×ÁÎÎÙÊ Ó ÏÈÌÁÄÉÔÅÌÅÍ óÔÉÒÌÉÎÇÁ. ïÂÎÁÒÕÖÉÔÅÌØÎÁÑ ÓÐÏÓÏÂÎÏÓÔØ D* > 4*1010 ÷Ô-1çÃ1/2ÓÍ. ðÏÔÒÅÂÌÑÅÍÁÑ ÍÏÝÎÏÓÔØ < 10 ÷Ô.
     îÁÚÎÁÞÅÎÉÅ: ôÅÐÌÏ×ÉÚÉÏÎÎÁÑ ÁÐÐÁÒÁÔÕÒÁ ÛÉÒÏËÏÇÏ ÎÁÚÎÁÞÅÎÉÑ (ÄÉÁÇÎÏÓÔÉËÁ × ÍÅÄÉÃÉÎÅ, ÁÎÁÌÉÚ ÔÅÐÌÏ×ÙÈ ÐÏÔÅÒØ × ÐÒÏÉÚ×ÏÄÓÔ×ÅÎÎÙÈ É ÖÉÌÙÈ ÚÄÁÎÉÑÈ, ËÏÎÔÒÏÌØ ÐÏÔÅÒØ × ÜÎÅÒÇÏÓÅÔÑÈ, ÔÁÍÏÖÅÎÎÙÊ ËÏÎÔÒÏÌØ), ÉÚÍÅÒÉÔÅÌØÎÁÑ ÁÐÐÁÒÁÔÕÒÁ, ÎÁÕÞÎÙÅ ÉÓÓÌÅÄÏ×ÁÎÉÑ É ÄÒ.
Âîîáøå
ãîâîðÿ,
ñîâðåìåííàÿ
ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ
ýëåêòðîíèêà
ïîäîøëà â
ñâîåì
ðàçâèòèè ê
ïðåäåëó,
îáóñëîâëåííîìó
ôèçè÷åñêèìè
çàêîíàìè.
Äàëüíåéøåå
ïîâûøåíèå
õàðàêòàðèñòèê
òðåáóåò
ïåðåõîäà ê
îõëàæäàåìûì
äî
òåìïåðàòóð
ïîðÿäêà -1000 -2000 
Ñ ýëåìåíòàì.
Íà
ïîñëåäíèõ
êîíôåðåíöèÿõ
ïî
ýëåêòðîíèêå
(ISEC-97, EUCAS-97) àêòèâíî
îáñóæäàþòñÿ
ðàçëè÷íûå
ñïîñîáû
îõëàæäåíèÿ
àïïàðàòûðû.
Íà
ñåãîäíÿøíèé
äåíü
íàèáîëåå
ïåðñïåêòèâíûì
ïðèçíàíî
èñïîëüçîâàíèå
êðèîêóëåðîâ
íà öèêëå
Ñòèðëèíãà.
Äîñòóïíûå â
íàñòîÿùåå
âðåìÿ,
âûïóñêàåìûå
ìåëêèìè
ñåðèÿìè
ìîäåëè
ìàëîìîùíûõ
êðèîêóëåðîâ
ñòîÿò
ïîðÿäêà 10-15
òûñÿ÷
äîëëàðîâ. Ïðè
ïåðåõîäå ê
êðóïíîñåðèéíîìó
ïðîèçâîäñòâó
îæèäàåòñÿ,
÷òî èõ öåíû
óïàäóò â
íåñêîëüêî
ðàç, ÷òî
ñäåëàåò
êîììåð÷åñêè
ðåíòàáåëüíûì
èñïîëüçîâàíèå
îõëàæäàåìûõ
ýëåìåíòîâ
ñíà÷àëà â
íàèáîëåå
îòâåòñòâåííûõ
ñèñòåìàõ -
òàêèõ, êàê
ôàéë-ñåðâåðû,
è áîëüøèå
êîìïüþòåðû, à
â
ïåðñïåêòèâå
è â áûòîâûõ
êîìïüþòåðàõ.
Òàêèì
îáðàçîì,
ìîæíî
îæèäàòü, ÷òî
ê ñåðåäèíå
ñëåäóþùåãî
âåêà, ïî ìåðå
ðàñïðîñòðàíåíèÿ
äîìàøíèõ
êîìïüþòåðîâ,
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ïðèäåò
ïðàêòè÷åñêè
â êàæäûé äîì
   Çàêëþ÷åíèå   
Ïîñëå ñâîåãî
èçîáðåòåíèÿ
â 1816 ãîäó,
äâèãàòåëü
Ñòèðëèíãà
ïåðåæèë
ïåðâûé
ïåðèîä
ñâîåãî
øèðîêîãî
ðàñïðîñòðàíåíèÿ
- â êîíöå
ïðîøëîãî -
íà÷àëå
íàøåãî âåêà,
ïîñëå ÷åãî
áûë
ïðàêòè÷åñêè
çàáûò. Íî â
ïîñëåäíèå
ãîäû îí
âíîâü
ïðèâëåêàåò ê
ñåáå
ïîâûøåííûé
èíòåðåñ â
ñàìûõ
ðàçíûõ
îáëàñòÿõ
èñïîëüçîâàíèÿ.
 íàñòîÿùåå
âðåìÿ áûñòðî
ðàñøèðÿåòñÿ
èñïîëüçîâàíèå
êðèîêóëåðîâ
íà îñíîâå
öèêëà
Ñòèðëèíãà,
âûïóñêàþòñÿ
ýëåêòðîãåíåðàòîðû,
ðàáîòàþùèå
îò
äâèãàòåëåé
Ñòèðëèíãà.
Åãî
ïðåèìóùåñòâà
- âûñîêèé ê.ï.ä.,
íàäåæíîñòü,
íåïðèõîòëèâîñòü,
âîçìîæíîñòü
èñïîëüçîâàíèÿ
ýêîëîãè÷åñêè
÷èñòûõ
èñòî÷íèêîâ
ýíåðãèè
ïîçâîëÿþò
ðàññ÷èòûâàòü
íà øèðîêîå
ðàñïðîñòðàíåíèå
äâèãàòåëÿ
Ñòèðëèíãà â
áóäóþùåì.
    Ëèòåðàòóðà.    
1. El-Genk, Mohamed S.; Editor (1994) A Critical Review of SPACE NUCLEAR
POWERAND PROPULSION 1984-1993, American Institute of Physics Press
2. Organ, A. J. (1992) Thermodynamics and Gas Dynamics of the Stirling Cycle
Machine, Cambridge University Press
3. Reader, G. T. and Hooper, C. (1983) Stirling Engines, E. & F. N. Spon
4. Urieli, I. and Berchowitz, D. M. (1984) Stirling Cycle Engine Analysis,
Adam Hilger Ltd.
5. Walker, G. (1973) Stirling-Cycle Machines, Oxford University Press
6. West, C. D. (1986) Principles and Applications or Stirling Engines, Van
Nostrand Reinhold Company, Inc.
7. Roberts, M.L.: Inflatable Habitation for the Lunar Base. Presented at the
Symposium on Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century, Apr. 5-7,
1988, Houston, TX, Paper Number LBS-88-266.
8. Conceptual Design of a Lunar Oxygen Pilot Plant--Lunar Base Systems Study.
(EEI-88-182, Eagle Engineering, Inc., NASA Contract NAS9-17878) NASA-CR-
172082.
9. Brinker, D.J.; and Flood, D.J.: Advanced Photovoltaic Power Power System
Technology for Lunar Base Applications. NASA TM-100965, 1988.
10. A.C. Klein, NASA Lewis Summer Intern Report.
11. Personal communication from J. Alfred, NASA Johnson Space Center.
12. Bloomfield, H.S.: Small Reactor Power Systems for Manned Planetary
Surface Bases. NASA TM-100223, 1987.
13. Slaby, J.G.: Overview of the 1988 Free-Piston Stirling SP-100 Activities
at the NASA Lewis Research Center. NASA TM-87305, 1986.
14. English, R.E.; and Guentart, D.G.: Segmenting of Radiators for Meteoroid
Protection. ARS J., vol. 31, no.8, Aug. 1961, pp. 1162-1163.
15. Bien, D.D.; and Guentart, D.C.: A Method for Reducing the Equivalent Sink
Temperature of a Vertically Oriented Radiator on the Lunar Surface. NASA TM
X-1729, 1969.
16. Roberts, B.B.; and Bland, D.: Office of Exploration: Exploration Studies
Technical Report, Volume 2: Studies Approach and Results. NASA TM-4075-VOL-2,
1988.
17. Lee S. Mason and Harvey S. Bloomfield National Aeronautics and Space
Administration Lewis Research Center, Cleveland, Donald C. Hainley Sverdrup
Technology, Inc. NASA Lewis Research Center Group Cleveland SP-100 Power
System Conceptual Design for Lunar Base Applications 6th Symposium on Space
Nucelar Power Systems. 6th Symposium on Space Nucelar Power Systems sponsored
by the Institute for Space Nucelar Power Studies, Albuquerque, NM, January 8-
12, 1989
    Ñîäåðæàíèå.    
1. Ââåäåíèå                   2
2. Ïðèíöèï ðàáîòû è óñòðîéñòâî                                                                       5
3. Ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ                                                               8
4. Çàêëþ÷åíèå
14
5. Ñïèñîê
ëèòåðàòóðû
15
6. Ïðèëîæåíèÿ       18
      Ïðèëîæåíèÿ