Эксперты США создали гидравлические шестерни, вращающиеся в жидкости без зубьев
Традиционные зубчатые передачи, зародившиеся в Древнем Китае для использования в колесницах и позднее нашедшие применение в антикитерском механизме, ветряных мельницах и часах, обладают существенным недостатком: их зубья, независимо от материала — будь то дерево, металл или пластик, характеризуются жёсткостью и хрупкостью. Эти элементы требуют идеальной соосности и подвержены механическому повреждению или загрязнению.
Исследователи из Нью-Йоркского университета поставили амбициозную задачу: разработать устройство, функционирующее по принципу зубчатой передачи, но не предполагающее использования зубьев и физического контакта между компонентами. Вдохновением для этого проекта послужили наблюдения за турбинами, приводимыми в движение жидкостями или газами.
Учёные предложили инновационную концепцию зубчатых передач, где сцепление осуществляется за счёт вращения жидкости, а не механических зубьев. Это нововведение открыло новые горизонты в управлении скоростью и направлением вращения механизмов.
В ходе экспериментов цилиндры (роторы) погружались в вязкий раствор глицерина и воды. Один из роторов вращался активно, в то время как другой оставался неподвижным. Для визуализации потоков использовались мелкие пузырьки в жидкости.
Эксперименты продемонстрировали два режима работы устройства:
В условиях сближения цилиндров вихревые потоки функционируют как «жидкие зубья», захватывая пассивный ротор и вращая его в противоположную сторону, подобно классическим зубчатым передачам.
При увеличении расстояния между цилиндрами и повышении скорости активного ротора поток жидкости обтекает пассивный цилиндр, вращая его в том же направлении.
Таким образом, система способна функционировать как зубчатая или ременная передача, демонстрируя высокую адаптивность и гибкость.
«Жидкие шестерни» лишены основных недостатков традиционных механических передач, таких как чувствительность к дефектам, ошибкам в соосности или воздействию абразивных частиц. Гибкость в управлении скоростью и направлением вращения открывает широкие перспективы для применения в робототехнике и других высокотехнологичных областях.
Кроме того, ранее американские инженеры представили прототип устройства, генерирующего механическую энергию ночью за счёт температурного контраста. Прототип двигателя Стирлинга с радиационной панелью охлаждения функционирует без использования топлива после захода солнца, что является значительным достижением в области альтернативной энергетики.