Нитиноловый двигатель

Нитиноловый двигатель — тепловой двигатель, основанный на способности сплава с эффектом «памяти» нитинола (сплава титана и никеля) восстанавливать свою форму, которую он получил при температуре красного каления. В общенаучной литературе такой вид двигателя известен как мартенситный двигатель или martensite rotorheat engine(MRHE).

Физическая суть

Возникновение движущих сил основано на структурных превращениях сплава.

Температура гистерезиса нитинола равна разности конечных температуры аустенитно-мартенситного (прямого мартенситного) и мартенситно-аустенитного (обратного мартенситного) превращений, соответственно. Учитывая, что температура гистерезиса 30 C, в качестве «движущих» сред можно использовать горячую и холодную воды, или горячую воду и окружающую среду, как показано на рис.1. Также существуют сплавы с температурами гистерезиса 4,6,8 °С, но их использование по определенным причинам невозможно.

На рис.1 приведен пример подобного двигателя(Thermobile). Двигатель состоит из нитиноловой пружины, которая при тепловом воздействии выпрямляется, двух шкивов, ведра с горячей водой. Принцип работы двигателя основан на том, что попадая в горячую воду, нижняя часть пружины подвергается мартенситно-аустенитному превращению, пружина расширяется, а верхняя часть пружины, охлаждаясь, испытывает аустенитно-мартенситное превращению, следовательно, верхняя часть пружины сокращается. За счет расширения-сокращения пружина движется по шкивам проходя участки нагрева и охлаждения, приводя в движение шкивы. Стоит отметить, что КПД данных двигателей-небольшой По оценке некоторых ученых, КПД нитиноловых двигателей может составлять 5—6 % (А. А. Гольштейн).

История

Одним из первых двигателей подобного рода был тепловой двигатель Р. Бэнкса. Его отличие от Thermobile заключается лишь в использовании охлаждающей среды (холодная вода).

В 1982 г. компания International Innovative Technologies создала двигатель ( большой прототип Thermobile), содержащий 30 нитиноловых петель. Диаметр сечения одной петли был 22 миллиметра. «Движущими» средами двигателя были горячая вода с температурой 55 С и воздух температуры 25 °С. Двигатель достигал скорости 270 оборотов в минуту и работал на протяжении до 1.5 лет без сбоев.