Вечный двигатель – не сказка? Челябинские ученые-аграрии придумали, как качать воду для полива «в гору» с помощью маятника и гидроудара

Насос для дачных и фермерских хозяйств требует немалых затрат электроэнергии, и полив влетает в копеечку. Можно ли обойтись без затратного электропривода?
Оказывается, если пораскинуть мозгами, эта задача вполне решаема. Ученые Южно-Уральского государственного аграрного университета поставили на службу поливному земледелию... маятник. Используя силу текучей воды, гравитации и инерции, он может работать в качестве движителя в самых разных сферах АПК. Как научить маятник стать «тяговой силой» агропрома? Об этом — наш разговор автором ноу-хау, старшим преподавателем ЮУрГАУ Вадимом Бакуниным. 
– Как родилась идея создать «маятниковый двигатель»?
– Изначально она принадлежит сербскому изобретателю Велько Милковичу. Он изобрел «двойной маятник», который приводит в движение насос, кузнечный пресс, ударный инструмент... Суть ноу-хау в том, что качающийся маятник воздействует на свою ось качания с переменной нагрузкой. Она качает кулису и совершает полезную работу. Причем по сравнению с простым архимедовым рычагом при тех же габаритах импульс силы увеличивается в несколько раз!
Взяв за основу эту идею, мы разработали алгоритм расчета оптимальных параметров «маятникового мотора». Наша математическая модель позволяет создать конструкцию, работающую с максимальным КПД. Мы, например, смоделировали работу такого маятника в качестве привода для насоса, и результаты обнадеживают. Постоянный магнит создает поле, меняющее полюсность подкачивающего устройства насоса.

– А будет ли продолжение?
– Мы по схожему принципу придумали так называемый насос на приводе с дебалансным ротором, который может стать хорошим помощником для наших овощеводов. Это тоже маятник, только вращательного типа. На это изобретение получен патент.  Впрочем, при этом можно использовать и альтернативные источники энергии, когда колесо приводит в движение сила ветра или падающей воды. А если изготовить колесо в виде ковшовой турбины, то и при отключении электродвигателя насос будет качать воду за счет так называемой гидравлической обратной связи. Как результат, бесперебойный полив картофеля и овощей и солидная экономия электричества.

– Такой принцип можно использовать в самых разных сферах?
– Это так. Инерционный движитель есть резон использовать и на автотранспорте, в том числе и на селе. К примеру, Велько Милкович сконструировал самоходную повозку, которая едет за счет работы маятника! И никаких выхлопов, загрязнения окружающей среды! Этой идеей заинтересовался профессор ЮУрГАУ Геннадий Круглов, он предложил по этому принципу сконструировать экологичный автодвигатель совершенно нового типа, лишенный минусов бензиновых моторов. 
– А возможно ли применить ваши ноу-хау в плотинах, для полива сельхозкультур?
– Для этого мы разработали так называемый гидравлический таран, который работает как бы сам по себе, энегроподпиткой является сама текщая вода. В основе его конструкции лежит принцип гидроудара, открытый еще в конце ХVIII века изобретателем воздушного шара Жаком-Этьенном Монгольфье. Если жидкость резко остановить, то возникнет скачок давления, это может привести к поломкам в трубах. Но этот эффект может приносить и немалую пользу. В 1968 году советский физик В. Овсепян доработал алгоритм расчета гидротарана, но не учитывал инерционность ударного клапана. 
 Мною был придуман способ поддержания максимально возможной производительности гидротарана при переменном входном напоре. Это дает возможность не перенастраивать гидротаран потребителю, а сразу использовать на любом перепаде воды. Гидравлический таран преобразует «ударное» давление в постоянное, обеспечивая оросительные системы водой. Для этого даже не нужна подкачка электромотором, вода сама себя качает!
 
– Можно ли применить гидроудар, если плотины и уклона нет?
– Во дворце царя Кноссоса на Крите обнаружили водопроводную систему, которой 4 тыс. лет. По ней вода поднималась без насоса из долины к вершине горы, на которой стоял дворец! Все терракотовые трубы имели коническую форму – суживались на одном конце. Вода впрыскивалась из суженного конца трубы в следующую трубу – нам это известно по пневмозагрузочному соплу. Тем самым, в следующей трубе образовывалось пониженное давление, которое импульсивно всасывало воду вперед-вверх на гору. Древнеегипетские гидравлики тоже могли поднимать воду без насоса на высокие горные вершины, обеспечивать ей поливное земледелие. 

– А что можно придумать, если нет потока воды — например, в озере? 
– В 2005 году в Испании начали проводить  опыты с гидроударом в стоячей воде. Зарубежные ученые используют эффект резонанса «в ударной трубе», и уже появились первые разработки резонансного гидротарана. Известно, что когда солдаты идут «в ногу» по деревянному мосту, есть опасность, что он может рухнуть, поскольку энергия их шагов входит в резонанс со структурой материала — поэтому офицер командует «идти вразброд». Но эту разрушительную энергию можно превратить в полезную работу, заставить, например, «качать воду» из пруда. Но я планирую пойти дальше — использовать этот принцип и для создания подводного гидротарана. В числе высказываемых предложений – с его помощью не только обеспечивать полив овощных плантаций, но и откачивать воду из получивших пробоину кораблей.
 
– Есть ли у вас изобретения, так сказать, «на стыке» этих ноу-хау?
– Мы получили патент на преобразователь напора воды в системе «турбина-насос». Он, как и гидротаран, преобразовывает меньший напор в больший, но с более высоким КПД за счет оптимальных конструкций «составляющих». Высокоскоростная турбина в паре с низкоскоростным насосом  способны подавать воду под высоким давлением на высоту  большую, чем ее уровень «на входе» плотины! Мы убираем лишние детали – генератор и электродвигатель, и преобразователь напора качает воду без всяких затрат, только за счет энергии воды. «На выходе» – весомая экономия, что для аграриев в условиях удорожания энергоресурсов очень важно. 

– А если вместо жидкости газ? Например, в колесах авто...
– Физические законы работают и для жидкости, и для газа. К примеру, в составе творческой бригады ученых ЮУрГАУ, возглавляемой кандидатом технических наук Ириной Старуновой, я делал расчет опрокидывающего момента и автоматической перекачки газа в колесах трактора для придания ему устойчивости даже при подъеме «в гору». Чтобы он не опрокинулся на склоне, нужно уменьшить давление в передних колесах и перекачать часть газа в задние. Мы составили математическую модель движения в этих условиях и справились с этой задачей. А главное, модернизация может предотвратить аварии, спасти жизнь и здоровье людей.

– Какие еще подобные ноу-хау у вас в активе?
– Мы запатентовали нашу разработку по сочетанию гидротарана и сифона, так сказать, «в одном флаконе». Гидротаран работает на перепаде уровней воды, а как сделать так, чтобы не прокладывать трубу «сквозь» тело плотины? Мы нашли решение — перекинули через нее трубу-сифон. Для его запуска на входе специальным устройством создается начальное избыточное давление, а затем вода идет самотеком. А это удешевление полива, что напрямую сказывается на рентабельности выращивания овощей.
 
– Создается впечатление, что «вечный двигатель» уже на подходе...
– Это не так. Мы не изобретаем perpetuum mobile, а используем законы физики — гравитацию, круговорот воды в природе… Правда, стремимся повысить КПД, и это вполне реально. К примеру, недавно украинский изобретатель Андрей Ермола сконструировал генератор, работающий на силе тяжести груза и эффекта волчка Софьи Ковалевской (она составила уравнение его движения). При воздействии на ось волчек словно теряет ориенацию – начинает «танцевать кругами». Это явление, названное эксцентриситетом, происходит из-за нарушения баланса. Андрей Ермола утверждает, что «ручка волчка» в таких условиях сама поднимается вверх, совершая работу. На первый взгляд, это невозможно, поскольку противоречит нашим представлениям о сохранении энергии. Ведь такое может произойти, если вечный двигатель все же существует! 

– Как можно это объяснить? И — использовать на пользу человечеству...
– На мой взгляд, это связано с эффектом резонанса. Такое может быть, если система не закрытая, а как-то связана с гравитацией, воздействием резонанса. Если это так, то в будущем возможно создать насосы для полива полей, кузнечные прессы и другие механизмы, которые станут работать «сами по себе»! Их можно было бы с весомой пользой применять во многих отрослях АПК. Хотелось бы провести исследования, составить математическую модель этого явления. Я верю: когда-нибудь мы сможем подчинить, казалось бы, необъяснимые силы природы, поставить их на службу человеку.