Применение аккумулятора кинетической энергии для повышения топливной эффективности городского транспорта

1.

Применение аккумулятора кинетической
энергии для повышения топливной
эффективности городского транспорта
(направление - физика)
Автор: Зябриков Михаил Сергеевич,
МБОУ Гимназия №1, Класс 8
Научный руководитель:
Клименко Владимир Владимирович,
учитель математики и физики,
МБОУ Гимназия №1

2.

Цели и задачи
Цель исследования - выявить преимущество в топливной эффективности
гибридного двигателя на супермаховике над классическим.
Задачи поставленные в работе:
Определить свойства и особенности супермаховика
Изучить опыт применения этой технологии в автотранспорте
и энергетике
С помощью математических расчетов выявить преимущество
в топливной эффективности
Сделать выводы

3.

Объект исследования:
гибридного двигателя на супермаховике
Предмет исследования:
влияние гибридного двигателя на супермаховике на экономичность
расхода топлива
Гипотеза:
гибридный двигатель на супермаховике позволит снизить расход топлива
Методы исследования:
теоретические (анализ, обобщение)

4.

Актуальность
В современном обществе на данный момент существует ряд проблем
планетарного масштаба, например экологическая ситуация. Большинство
загрязнений окружающей среды исходит от автомобильного транспорта,
как от самого распространенного на планете. В настоящее время идет
интенсивный процесс автомобилизации общества. С одной стороны
развитие автомобилизации выражает технико-экономический прогресс,
а с другой - обуславливает негативное воздействие на экологию.
Наибольшей урон автомобильный транспорт наносит городам, так как
город является центром тяготения автотранспорта. Предлагается начать
решать эту проблему с городского пассажирского транспорта, так как
автопарки городов не всегда состоят из самых последних моделей
транспортных средств, проходящих по последним утвержденным
нормативам.

5.

Самые распространенные двигатели на данный момент – двигатели
внутреннего сгорания обладают достаточно низким КПД. Повышение КПД
двигателя является основной задачей для улучшения экологической
обстановки.
Электротранспорт только на первый взгляд кажется экологичным,
например, в России основная часть электроэнергии вырабатывается за счет
сжигания топлива на тепло-электростанциях.

6.

Маховик и супермаховик
Маховик (Маховое колесо) - массивный вращающийся диск, использующийся в качестве
накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.
Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.
Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при
превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий
к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом
прочности, что приводит к снижению их эффективности.
Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов)
удельная энергоёмкость.
В мае 1964 года Гулия Нурбей Владимирович подал заявку на
изобретение супермаховика - энергоёмкого и разрывобезопасного маховика.
Супермаховик - один из типов маховика, накопитель механической энергии. За счёт
конструктивных особенностей способен хранить до 500 ватт*часов (1.8 МДж) на килограмм
веса.
Супермаховик представляет собой барабан, намотанный из тонких витков стальной,
пластичной ленты, стекловолкна. За счёт этого обеспечивается колоссальная прочность
на разрыв, поэтому современные маховики изготовлены из углеродных композитов.
Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух.

7.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен
запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где
статором является барабан, а ротором - ось, вокруг которой он вращается.
Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при
подключении нагрузки - отдавать. КПД этого преобразования достигает
98 %.

8.

Самым типичным автомобилем, работающим за счет энергии
супермаховика, является, маленький двухместный «махомобиль»
американского ученого Дэвида Рабенхорста.

9.

Практическая часть
Рассчитаем какую работу совершит двигатель для разгона до
40 км/ч. Работа будет равна разности кинетической энергии
в состоянии движения и состояния покоя: