На первый взгляд – взгляд потребителя, владельца семейной легковушки или целого коммерческого автопредприятия – преимущества двигателей с воздушным охлаждением лежат на поверхности:

-«воздушник» конструктивно проще мотора с жидкостным охлаждением
-он надежнее;
-он дешевле в эксплуатации.

О минусах воздушного охлаждения все тоже как будто наслышаны, и напомнить о них здесь стоило бы лишь для соблюдения баланса аргументов. Но на самом деле есть только один значимый для потребителя недостаток мотора с воздушным охлаждением:

-«воздушник» более шумный.

Все остальные минусы или давно потеряли актуальность, или всегда были досужими сказками. Так что есть повод поговорить об этих незаслуженно подзабытых агрегатах подробнее.

Двигатель Porsche 911 Carrera 4:

 

 

Да, было время, когда автомобильные моторы с воздушным охлаждением проигрывали собратьям с охлаждением жидкостным (тогда говорили – водяным, поскольку антифризы были понятием чисто теоретическим). Двигатели-«воздушники» получались менее мощными, перегревались летом и не прогревались зимой. Из-за температурных проблем ресурс такого двигателя был меньше, часто случались отказы. Но все эти вопросы были решены к 1950-м годам, когда воспрянувшая после Второй мировой Европа начала пересаживаться с велосипедов на компактные автомобильчики. Дешевые и неприхотливые «воздушники» начали массово применять не только на VW Beetle, но и на Citroen 2CV, Fiat 500, NSU Prinz и прочих автомобилях. И это мы еще не говорим о целой плеяде серийных заднемоторных спорткаров Porsche, 4-, 6- и 8-цилиндровые моторы которых вплоть до 1998 года охлаждались воздухом!


Двигатель ЗАЗ-968А «Запорожец»:

 

 

В то время как немецкий «Жук» с его обдуваемым воздухом оппозитником во всем мире мигом стал образцом простоты и безотказности, в нашей стране сложилось устойчивое и по сей день не искорененное предубеждение против моторов воздушного охлаждения. Дескать, они и греются безбожно, и ломаются через день, да и силенок у них маловато. Виноват во всем бедолага «Запорожец», которому пришлось отдуваться за честь всех «воздушников» перед лицом целого СССР. Вместе с сомнительным качеством сборки ЗАЗикам досталась мизерная по масштабам СССР сервисная сеть. Сам по себе мелитопольский силовой агрегат МеМЗ был неплох, но обслуживаемый в кустарных условиях, заправляемый «автолом» и ремонтируемый «на коленке», он в самом деле не был примером надежности. Поэтому прежде чем продолжить повествование, хочу попросить читателя ассоциировать понятие «воздушник» не с «Запором», а с «Жуком» или хотя бы с «Ситроен де шво». Так будет честнее.


Двигатель «Запорожец» МеМЗ-968:

 

 

На самом деле, температурные особенности моторов-«воздушников» можно отнести не к минусам, а к плюсам. Да, из-за меньшей теплоемкости и теплопроводности воздух не может так быстро отобрать тепло, как вода или антифриз. Но с другой стороны разница температур между стенками цилиндров и забортным воздухом больше, чем между теми же стенками и циркулирующей в системе охлаждающей жидкостью. Поэтому тепловой режим «воздушника» меньше зависит от погоды – то есть вероятность перегрева двигателя-«водянки» даже с самым большим радиатором в жару намного выше.


Схемы систем воздушного охлаждения:

 

 

Еще одно очень важное преимущество «воздушника» – в три-четыре раза более быстрый прогрев после холодного пуска. Отсюда – и экономия топлива, и продление ресурса, и лучшая экология, и, наконец, удобство для водителя. Только у самых сложных «жидкостных» моторов образца 2010-х годов, имеющих три контура системы охлаждения, получается достигнуть подобных показателей прогрева.

Внешне «воздушник» может казаться более массивным, поскольку его цилиндры и головки со всех сторон окружены кожухами-воздуховодами, да и вентилятор обдува с дефлектором обычно выглядит более чем внушительно. Но предметное сравнение габаритов двух моторов с одинаковыми диаметром цилиндров и ходом поршня, но разными системами охлаждения, говорит о том, что габариты если и отличаются, то как раз в пользу «воздушника» – зачастую он оказывается чуть компактнее. Но главное даже не это.


Двигатель VW Beetle:

 

 

Что касается размеров, справедливо будет принимать во внимание габариты не одного только двигателя, но и тех его неотъемлемых компонентов, которые крепятся отдельно, на кузове. Вот тут и проявляется неопровержимое преимущество «воздушника»: говоря современным языком, он выполнен в форм-факторе «моноблок», в то время как «водянка» имеет вынесенный на кузов громоздкий радиатор с вентилятором и системой шлангов. Которые, естественно, компактности силовому агрегату не добавляют.

На самом деле надежность двигателя с воздушным охлаждением существенно выше, ведь по статистике система жидкостного охлаждения служит причиной 20% всех отказов двигателя. А у «воздушника» как раз отсутствуют компоненты, обладающие низкой отказоустойчивостью: радиатор, термостат, помпа, трубопроводы, сальники и прочие уплотнения. Вентилятор и дефлекторы для обдува цилиндров воздухом устроены существенно проще, поэтому вероятность их отказа мизерна. Кстати, по этой же причине затраты на обслуживание «воздушников» также ниже.


Двигатель Porsche 911:

 

 

Что есть, то есть – шумит. И поделать с этим ничего нельзя. Точнее, идеи есть, но воплотить все их очень сложно. Беда в том, что у «воздушника» нет такой эффективной шумоизоляции, как двойные стенки рубашки охлаждения, заполненной водой или антифризом. И более того, все шумы мотора (механические, газообмена, горения) порой усиливаются ребрами цилиндров и головок. Поэтому конструкторы борются в первую очередь с источниками шумов, повышая жесткость деталей и применяя подпружиненные разрезные шестерни приводов, гидрокомпенсаторы клапанов, материалы с точно подобранным коэффициентом температурного расширения. Аэродинамические шумы вентилятора можно значительно уменьшить, но это дело нелегкое – нужны серьезные усилия конструкторов и технологов.


Двигатель Fiat 500:

 

 

В первые 50 лет автомобильной эры к воздушному охлаждению конструкторы относились легкомысленно – дует мощный вентилятор на оребренные цилиндры, да и ладно. Но такое охлаждение часто было неравномерным, с застойными зонами и местными перегревами. Цилиндры деформировались, нарушались установленные зазоры цилиндропоршневой группы, масло коксовалось и выгорало. В результате детали изнашивались более интенсивно, чем у моторов с водяной "рубашкой", которая более равномерно распределяла выделяемое через стенки цилиндров тепло и отбирала его. Но организовать ровный обдув воздухом всех горячих зон двигателя оказалось не так уж сложно, и со временем двигатели-«воздушники» получили рациональное распределение тепла.

Еще один нюанс, уже из области высоких материй: при воздушном охлаждении проще организовать более высокую температуру стенок цилиндров (независимо от их головок). «Лишние» 15-20 °C снижают потери на трение колец о цилиндры (масло-то на стенках более жидкое!), а также уменьшают их износ (в том числе и коррозионный) и замедляют старение масла за счет его меньшего окисления. Выше уже было сказано о том, что мотор с воздушным охлаждением работает в холодном состоянии в несколько раз меньшее время, чем мотор с водяным – а значит, и время интенсивного износа трущихся пар намного меньше.

Двигатель Porsche 911 GT2:

 

 

Причина для подобного обвинения есть, но суть проблемы такова, что ею можно пренебречь. Дело в том, что при увеличении нагрузки температура охлаждаемых воздухом цилиндров и их головок быстро повышается, а значит, повышается температура воздуха, поступающего в цилиндры. Отсюда – худшее весовое наполнение цилиндров рабочей смесью и кратковременное падение отдачи двигателя. Но исследования ученых-моторостроителей показывают, что разница коэффициента наполнения цилиндров у «воздушников» и «водянок» не превышает 3,5%. И это при 2 000 об/мин, а с ростом оборотов разница вообще стремится к нулю. Таким образом, теоретически существующую особенность эффективного наполнения цилиндров конструкторы решают за счет повышения рабочих оборотов двигателя. И, разумеется, данный вопрос вообще не касается наддувных двигателей воздушного охлаждения.

Каждый, кто дочитал эту не самую простую статью до конца, вслух или мысленно уже задался вопросом: и по какой же причине от такого замечательного типа охлаждения отказались даже спецы из Porsche, которые одних только 911-х с «воздушниками» выпустили более 400 000 экземпляров? Причин много, и мы их рассмотрим в следующей статье. Но сразу скажем: мотор не виноват. Не все ведь в этом мире зависит от технарей и техники...

В структуре Министерства обороны США есть уникальное научное подразделение DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) - Агентство передовых оборонных исследовательских проектов.

Работающих здесь ученых называют темными гениями Пентагона, а само агентство - главной кузницей революционных инноваций. Обладая огромным (3,2 миллиарда долларов в год) финансированием, агентство способно поддержать любой проект - даже если он кажется сошедшим со страниц фантастического романа.

Искусственные солдаты

Агентство DARPA было основано в 1958 году в ответ на запуск в СССР первого искусственного спутника Земли. Его штат насчитывает около 240 сотрудников, каждый из которых работает в составе своей небольшой команды и занимается одной из перспективных проблем.

Отдельные проекты DARPA, как правило, финансируются в объеме от 10 до 40 миллионов долларов, их реализация рассчитана в среднем на 2-3 года. К работе могут привлекаться до 10 организаций-подрядчиков и 1-2 университета. Заработная плата руководителя проекта составляет не менее 130 тысяч долларов в год, научного сотрудника - от 90 до 150 тысяч долларов, в зависимости от перспективности его исследований.

Роботы-мулы

Но на деле оплату труда работников DARPA можно смело увеличивать по крайней мере вдвое - за счет дополнительных премий и грантов.

Примерно 5% исследований являются совершенно секретными, информация об остальных размещается на сайте
агентства - с тем чтобы ученые могли ознакомиться с их тематикой и предложить свои услуги.

В 2011 году агентство объявило об открытии нового подразделения -Управления по развитию биотехнологий (Biological Technologies Office). Его задача - поставить биологию на службу национальной безопасности вплоть до создания искусственных солдат.

Руководитель DARPA Арати Прабхакар, выступая перед американскими конгрессменами, заявила, что в наши дни именно биология занимает передовое место в проектах, представляющих будущее оборонных технологий.

Что же предлагают миру биологические проекты засекреченных гениев Пентагона?

Существа с вечным сроком жизни

Один из проектов, разрабатываемых DARPA, получил название BioDesign («Био-дизайн»), Его цель - создать живые и способные дышать существа.

Предполагается, что такие организмы станут полностью подчиняться своим хозяевам и смогут жить практически вечно, если только не будет принято решение, что им пора умереть.

По заявлению руководителей DARPA, в проекте задействованы последние достижения биотехнологий. Подчеркивается, что клетки искусственного организма будут обладать сопротивляемостью процессам старения и смерти (подобными свойствами обладают раковые клетки).

Информация о создателях существа будет записана в его ДНК, благодаря чему ученые надеются избежать перехвата бессмертных организмов противником. Таким же образом планируется реализовать полное подчинение искусственных существ - последовательность их действий также будет записываться в ДНК.

На случай, если существо выйдет из-под контроля, DARPA намерено предусмотреть «клеточный выключатель», действие которого приведет к немедленной смерти организма. Правда, каким образом это планируется реализовать, пока неизвестно.

Чтобы проект BioDesign увенчался успехом, DARPA намерено вложить 20 миллионов долларов в развитие синтетической биологии и 7,5 миллиона - в исследования по анализу и изменению геномов.

Протез как обычная рука

Среди конкретных задач выделяется создание контролируемых разумом протезов рук и ног. Ученые из Университета Джонса Хопкинса при поддержке DARPA сделали огромный шаг в этой области. Один из революционных протезов, названный Arm System Gen-З («Системный кронштейн 3-го поколения»), уже обследован и лицензирован Управлением по санитарному надзору США.

На сайте ведомства сказано, что подобные искусственные конечности полностью приблизились к функциональности настоящих человеческих рук. Этому способствовали достижения в сфере технологий особых микроэлектродов, которые вживляются в голову и обеспечивают связь нервной системы и искусственных частей тела.

В настоящее время ученые работают над тем, чтобы протез не только контролировался мозгом, но и сам посылал сигналы нервной системе, вызывая ощущение подлинного физического функционирования.

Причем это далеко не первый проект по созданию искусственных конечностей, максимально приближенных к настоящим. В частности, уже существуют протезы, команды на которые передаются электрическими сигналами через мышцы. Известен и опыт ученых Питтсбургского университета с макаками, посылавшими мысленные команды механической руке, которая очищала для них бананы.

Принципиальная новизна протеза, созданного учеными Университета Джонса Хопкинса, заключается в том, что впервые в мозг человека был имплантирован нейронный интерфейс. На реализацию проекта DARPA выделило 34,5 миллиона долларов.

Пять добровольцев испытывали протезы, весящие около девяти фунтов, то есть примерно столько же, сколько обычная человеческая рука. Протез обладает 22 степенями свободы, включая независимые движения каждого пальца, и некоторой обратной связью, в частности - отдельными функциями осязания.

Ученые из Калифорнийского технологического института и Питтсбургского университета, поддерживая эти исследования, создают микросхемы с электродами, напоминающими небольшие волоски, - с задачей значительно увеличить срок их службы, без чего пациенты обречены регулярно подвергать себя серьезному риску периодических операций на головном мозге.

Замазка для сращивания костей

Еще одна цель исследований DARPA -создать искусственные, но при этом живые материалы, такие как замазка или шпаклевка для лечения переломов костей. Ведь сращивание костных тканей при открытых переломах происходит долго, пациенту часто требуются многочисленные операции и длительное лечение.

DARPA запустило программу под названием Fracture Putty («Шпаклевка для перелома»), в рамках которой исследователи занимаются созданием активного материала, который при нанесении на открытый перелом или вокруг него восстанавливает несущие свойства кости уже через несколько дней.

Он создает некую структуру, подобную костной, а когда перелом срастается, разлагается на безвредные рассасывающиеся продукты.

Если эксперимент окажется успешным, процесс заживления костных тканей резко сократится. Правда, в рамках проекта ученым предстоит решить целый ряд технологических вопросов. К примеру, предстоит создать новые рассасывающиеся клейкие вещества, которые будут обладать такими же механическими свойствами, как костные ткани, - а также разработать биоматериалы, которые создают костеподобную внутреннюю структуру.

Мир без болезней

Но, пожалуй, самый амбиционный проект агентства DARPA связан с желанием полностью искоренить инфекционные заболевания. По данным статистики США, из всех зарегистрированных патогенов 44% являются РНК-вирусами (то есть их генетическая информация закодирована в молекулах рибонуклеиновой кислоты, которые содержатся в клетках всех живых организмов).

В частности, к РНК-вирусам относятся вирусы гриппа и гепатита. Они характеризуются высокой частотой мутаций и способностью адаптироваться к изменяющейся среде, как это произошло в случае пандемии вируса H1N1 («свиной грипп») в 2009 году. Но главное - в борьбе с ними становятся бесполезными даже самые сильные антибиотики, поскольку инфекции научились быстро приспосабливаться к ним.

В рамках программы Prophecy («Пророчество») изучается эволюция вирусов. Конечная цель - создание лекарственных препаратов для борьбы с болезнями, которые могут угрожать человечеству в будущем. Уже несколько лабораторий по заданию агентства занимаются разведением вирусов и диагностикой их мутации.

Экзоскелет

Ученые уверены, что на основе этих данных совсем скоро можно будет точно предсказывать, в каком направлении станет эволюционировать то или иное распространенное заболевание, - и своевременный выпуск лекарств для борьбы с ним позволит избежать распространения болезни.

Это, конечно, лишь малая часть биологических исследований агентства DARPA. Уже испытаны химические вещества, которые при введении в организм без оперативного вмешательства залечивают внутренние раны и кровотечения.

Существует проект, разработка которого позволит людям, лишенным зрения, управлять автомобилем - с помощью электронных сенсоров, вмонтированных в перчатки. Идет разработка гибкого и легкого поддерживающего костюма, полностью исключающего травматизм при любых видах деятельности.

Почти все революционные технологии засекреченных гениев Пентагона поначалу выглядят невероятными. Но их успешная реализация может полностью изменить жизнь человечества в будущем.

Николай МИХАЙЛОВ

Новости Науки и Технологий на сайте E=mc2

Украинские СМИ распространяют сообщение о том, что министр экономического развития и торговли Украины Айварас Абромавичус написал заявление с просьбой об отставке. По словам министра, на которого большие надежды возлагали майданные власти, его решение продиктовано затянувшимся процессом блокирования необходимых для экономики страны реформ. Украинское издание «Апостроф», ссылаясь на Рейтер, приводит заявление, сделанное Абромавичусом: Сегодня я принял решение подать в отставку с поста министра экономического развития и торговли Украины. И вот почему. Причина — резкая активизация блокировки любых системных и важных реформ. Это уже не просто отсутствие поддержки или политической воли. Это активные действия, направленные на то, чтобы парализовать нашу реформаторскую работу: от неожиданного снятия охраны министра и его семьи — до навязывания, под всё большим давлением, сомнительных личностей в мою команду и на ключевые должности на госпредприятиях. По словам Абромавичуса, он наблюдает активизацию сил, которые желают установить тотальный контроль над финансовыми потоками Украины, включая газотранспортную сферу, а также оборонку. Министр экономического развития и торговли «незалежной» заявил, что он и его команда не готовы служить ширмой для обновления старых и создания новых коррупционных схем. Для справки: Айварас Абромавичус был назначен на свою должность в декабре 2014 года. Ранее работал в шведской компании East Capital, участвовал в различных инвестпроектах как на территории Украины, так и в России. В том же 2014 получил украинское гражданство.