Изобрели колесо: российские ученые скрестили автомобиль и пароход
Российские конструкторы создали гибрид колеса и лопастного движителя, как у речных пароходов, который одинаково эффективно приводит в движение транспортное средство на воде и твердой поверхности. На его основе инженеры создают машину-амфибию, которая сможет перемещаться по водной глади со скоростью до 40 км/ч, а по земле — со скоростью среднего автомобиля. Это намного выше, чем у существующих аналогов, которые уверено чувствуют себя только в одной из двух сред. По словам экспертов, к преимуществам разработки можно отнести высокую маневренность, однако таким сложным механическим устройствам часто не хватает надежности.
Колесо для движения по воде и суше
Российские инженеры разработали новый движитель, который позволяет транспортному средству одинаково эффективно перемещаться по земле и по воде. Фактически это гибрид колеса и лопастного движителя, как у речных пароходов. Однако в отличие от гребного колеса лопатки нового устройства постоянно меняют свой угол. Благодаря этому при вращении активно прокачивается вода, воздух или водовоздушная смесь. За счет чего создается направленная перпендикулярно оси вращения гидродинамическая тяга. На основе разработки специалисты конструируют машину-амфибию, которая сможет уверенно передвигаться по любой поверхности и при этом легко переключаться между сушей и водными преградами.
— Большинство существующих машин-амфибий сконструированы так, что они позволяют эффективно двигаться только в одной из сред, которая для них основная. В другой они перемещаются в 6–10 раз медленнее. Запас хода у них также сокращается в разы. Кроме того, движители для суши и для воды у таких машин разделены, поэтому при переходе из одной среды в другую один движитель «уже» не работает, а второй «еще» не работает и амфибия застревает на границе. Расположение колеса и лопастного водного движителя на одной оси решает эти проблемы, — рассказал руководитель компании-резидента бизнес-инкубатора Академпарк «Аквавил» Андрей Иванов.
Новые гибридные движители размещаются на амфибии по бортам, как колеса обычного автомобиля. При этом направление гидродинамической тяги в воде можно очень быстро изменять, что предает машине особую маневренность, недостижимую с применением других технологий. Управление вектором гидродинамической тяги позволяет регулировать крен и дифферент амфибии, выполнять развороты на месте, приподнимать или погружать в воду. Благодаря этому при необходимости машину можно использовать и в качестве высокоманевренного подводного транспортного средства.
Новая машина-амфибия может быть создана как в пилотируемом, так и в беспилотном варианте. Ученые уже располагают прототипом беспилотного устройства, все четыре колеса которого остаются ведущими и в воде, и на суше. При движении по твердой поверхности разработка показывает энергоэффективность, как у простого автомобиля, а в надводном режиме КПД амфибии будет сопоставим с классическими плавательными средствами. Пока действующий макет устройства в надводном и подводом режимах двигается со скоростью до 2 м/c (до 7 км/ч), а по земле — до 40 км/ч. Однако в планах разработчиков — изготовление полномасштабного опытного образца, скорость движения которого на воде будет достигать 30–40 км/ч, а по твердой поверхности — скорости обычного автомобиля. При этом при переходе машины из воды на сушу и обратно не требуется никаких трансформаций.
Ближайший аналог разработки российских инженеров — водный движитель с управляемым вектором тяги Фойта-Шнайдера. Однако он настолько тяжел и сложен, что совместить его с колесом и установить на машину-амфибию технически невозможно.
Какой будет машина-амфибия
Сейчас ученые находятся на стадии научно-исследовательской и опытно-конструкторской разработки. Конечные технические характеристики нового вида транспорта будут зависеть от его назначения. Создатели планируют начать выпуск предсерийных образцов через 2–3 года. Согласно их расчетам, стоимость пилотируемой машины будет сопоставима с вездеходами или другими амфибийными транспортными средствами.
По мнению доцента Московского политеха Анатолия Фиронова, оценка предложенного инженерами движителя будет зависеть от того, насколько эффективным окажется транспортное средство в его конечном варианте эксплуатации.
— Эффективность гидродинамических движителей, работающих на предложенном новосибирскими специалистами принципе, не имеет стабильно высоких значений во всем диапазоне скоростных и мощностных режимов, а потому преждевременно говорить о перспективности разработки. Сначала необходимо сопоставить собственную и полную массу транспортного средства с использованием подобного движителя и его расход энергии на совершение транспортной работы, — сказал Анатолий Фиронов.
По его словам, возникают вопросы к массовым параметрам двигателя. Он может составить от 20 до 30% веса транспортного средства, а еще будет кузов, трансмиссия и прочие агрегаты. Размеры лопаток у конечной версии авто также будут другими, и это вызовет необходимость адаптировать многие параметры самого шасси.
Можно предположить создание специального транспортного средства с такими движителями, но широкого применения и распространения технологии ожидать не стоит, подчеркнул специалист.
Главным преимуществом движителя для передвижения в воде и под водой можно назвать очень высокую маневренность транспортных средств на его основе, однако из-за довольно сложной механики пока таким разработкам не хватает надежности. Правда с развитием технологий и материалов она будет повышаться. Кроме того, аппараты с такими движителями могут быть практически бесшумными в воде, что важно для техники специального назначения, отметил руководитель красноярского филиала Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Александр Дегтерев.