Студент МАИ разрабатывает проект экологичного двигателя для энергообеспечения объектов связи и навигации в условиях Арктики

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

Студент института № 2 «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» МАИ Николай Кушнарев создаёт проект экологичного двигателя, предназначенного специально для применения в арктической зоне: он будет генерировать энергию, используя разницу температур грунта и воздуха.

— Арктика — стратегически важный регион. Находящиеся там маломощные распределенные автономные системы — метеостанции, вышки связи, навигационные буи, радиомаяки и другие объекты — нуждаются в круглосуточном энергоснабжении, но доставка топлива обходится дорого. Кроме того, это не всегда возможно из-за погодных условий и удалённости региона. Данная разработка способна генерировать энергию для объектов с небольшим энергопотреблением, до 10 Вт, лишь за счёт природных условий этой зоны, — рассказал Николай Кушнарев.

В основе проекта — классический двигатель Стирлинга. Его работа строится на циклическом нагреве и охлаждении газа — воздуха, водорода или гелия. Газ находится внутри закрытого цилиндра и постоянно расширяется и сжимается, приводя в движение поршень, генерирующий энергию.

Ключевая идея заключается в использовании естественных условий региона: нижняя часть устройства заглубляется в грунт, верхняя часть с радиатором располагается на поверхности. В арктической зоне температура грунта на небольшой глубине остаётся практически неизменной и заметно превышает температуру окружающего воздуха — особенно в зимний период. Это создаёт стабильную разницу температур, необходимую для работы двигателя. 

Для повышения эффективности устройства маёвец реализует несколько улучшений. За счёт установки кулисы — механизма, позволяющего поршню дольше задерживаться в крайних точках, — увеличивается КПД и выходная мощность двигателя: он вырабатывает больше энергии за каждый цикл. Чтобы лучше охлаждать верхнюю часть двигателя, предлагается использовать так называемые «окна прозрачности» — участки атмосферы, в которых она почти не мешает прохождению теплового излучения. Если расположить радиатор двигателя под таким «окном», под углом 30–45° к горизонту, то теплоотдача будет эффективнее. 

— Данная конструкция проста, надёжна и экологична. Для нагрева и охлаждения в ней будут использоваться только тепло грунта и холод атмосферы — вещи, которые в Арктике есть всегда. Для обеспечения непрерывной энергоподачи на случай неисправности или неблагоприятных погодных условий двигатель будет оснащён аккумулятором. На аппарате также будет установлена система мониторинга температуры и датчик учёта оборотов, которые отвечают за автоматическое переключение режимов и визуализацию работы двигателя, — пояснил Николай Кушнарев.

Проект находится на стадии сборки опытного образца. Как отмечает маёвец, разработка может быть полезна госкорпорациям, заинтересованным в освоении Арктики, а также добывающим, инжиниринговым компаниям, стартапам в области альтернативной энергетики и участникам государственных программ развития Дальнего Востока и Арктики.