CC BY
33ВОЗМОЖНЫЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ ДВС
Богданов В.И.
доктор технических наук, эксперт ПАО «ОДК»
Холманова М.А. инженер-конструктор первой категории ПАО
ПАО «ОДК-Сатурн»
POSSIBLE CONCEPTUAL DIRECTIONS FOR THE IMPROVEMENT OF TRANSPORT
COMBUSTION ENGINES
Bogdanov V.
Doctor of Science (Eng.), expert Kholmanova M.
design engineer PJSC «UEC-Saturn»
АННОТАЦИЯ
Показано, что для существенного повышения эффективности ДВС необходимы новые концептуальные решения, так применение выносной золотниковой камеры сгорания постоянного объёма, конструктивное разделение процессов сжатия и расширения в ДВС может обеспечить многотопливность, качественное повышение экономичности и возможность исключить или значительно упростить коробку переключения передач.
Реализация в ДВС бинарного цикла, включающего утилизацию тепловых потерь в двух дополнительных тактах, реализующих паровой цикл, повышает экономичность, решает проблему его охлаждения. При этом наиболее эффективно применение бинарного цикла в воздухонезависимых энергетических установках подводных объектов с ограниченным запасом окислителя. Наличие отдельного окислителя позволяет также реализовать большие мощности за счёт увеличения одновременной подачи окислителя, топлива и воды в паровой части цикла двигателя. Для качественного улучшения характеристик ДВС также необходим системный анализ и отбор созданного научно-технического задела с последующим комплексным внедрением.
ABSTRACT
New concept solutions are needed to significantly improve combustion engine efficiency. For example, use of the outboard spool combustion chamber of constant volume can provide a multi-fuel capability, high-quality increase of profitability and an opportunity to exclude or significantly simplify the speed-change box. Instantiation of binary cycle in combustion engine including heat loss recovery in two additional cycles, which implement the steam cycle, increases economy and solves its cooling problem. At the same time, it is most effective in air-independent power plants of underwater objects with limited reserve of oxidizers to replace the binary cycle. The presence of a separate oxidizer makes it possible to realize high capacities due to increased simultaneous supply of oxidant, fuel and water. In order to qualitatively improve the characteristics of the combustion engine, a system analysis of the created scientific and technical integration is also required, followed by a comprehensive implementation.
Ключевые слова: ДВС, камера сгорания V = const, бинарный цикл, коробка переключения передач, воздухонезависимая энергетическая установка.
Keywords: combustion engine V = const, binary cycle, speed-change box, air-independent power plant.
Энергетику наземного транспорта сейчас определяет двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Однако, современный автомобильный двигатель с автоматической коробкой передач, ремонт которой может стоить 100 000 рублей, иногда называют «абсурдом, доведённым до совершенства». Видимо поэтому Европа собирается заменить ДВС. Англия и Франция уже объявили о том, что к 2040 г. запретят регистрировать у себя новые автомобили с ДВС -как дизельными, так и бензиновыми. Компания Jaguar Land Rover объявила о том, что в 2020г. все её новые автомобили будут электрофицированы: в производство пойдут либо электромобили, либо гибриды. С аналогичной инициативой выступают
Volvo, BMW, Daimler и Volkswagen. Сборка электрических компонентов, включая батареи, требует до 40% меньше трудозатрат, чем в случае ДВС [1].
Вместе с тем следует отметить, что по тепловым двигателям накоплен огромный невостребованный научно-технический задел. Кроме того, сегодня мало кто знает, что в паровозе отсутствие коробки передач обеспечивалось просто поздней отсечкой подачи пара, благодаря расширению рабочего тела в отдельном узле - поршневой расширительной машине. Поэтому в ДВС тоже возможно значительное продвижение в характеристиках, но, прежде всего, нужны систематизация накопленных знаний и, затем, на этой базе построение нового, прорывного знания для создания новой технологии,
создания перспективного двигателя. Ниже представлены возможные концептуальные решения качественного улучшения характеристик ДВС
Поршневые ДВС в традиционном исполнении в основном исчерпали свои возможности повышения экономичности. Повысить их экономичность, одновременно обеспечив многотопливность.
можно используя выносную золотниковую камеру сгорания постоянного объема (КС ^шш^) нового типа (рис. 1) [2]. Камера прошла экспериментальную отработку, получен высокий уровень характеристик [3].
Рис.1. Экспериментальная камера сгорания V = const: 1 - корпус; 2 - свеча зажигания; 3 - топливная форсунка; 4 - датчик давления; 5 - подшипник качения; 6 - ротор-золотник; 7 - лабиринтное уплотнение; 8 - входной патрубок; 9 - выхлопной патрубок; 10 - сопло в золотнике; 11 - решетка НА; 12 - сферическая жаровая труба
Работает камера сгорания следующим образом. Воздух от компрессора поступает в золотниковую камеру сгорания, когда окно золотника 6 совпадает с входом камеры 8. При дальнейшем повороте золотника, его окно перекрывается корпусом 1 камеры, и форсункой 3 впрыскивается топливо. Образовавшаяся топливовоздушная смесь воспламеняется свечой 2 и сгорает в закрытом объёме (V = const) с повышением давления. При совмещении окна золотника с выходом 9 происходит истечение газа и затем продувка камеры.
При выносной камере сгорания, процессы сжатия и расширения осуществляются в разных цилиндрах. Это позволяет обеспечить более глубокое расширение за счет использования большего объема цилиндра расширения. В итоге, экономичность может быть значительно повышена. К данной концепции ДВС с выносной камерой (она может быть как золотниковой, так и клапанной) в настоящее время проявляется интерес [4-8]. На рис.1 показана схема ДВС с золотниковой камерой сгорания нового типа [2,3]. Описание работы ДВС такого типа приведено ниже.
5 6 7 II
Рис. 1. Схема ДВС с выносной золотниковой камерой сгорания: 1 - цилиндр расширения (большой); 2 - поршень большого цилиндра; 3 - выпускной канал; 4 - клапаны; 5 - золотниковая камера сгорания У=сот1; 6 - свеча зажигания; 7 - топливная форсунка; 8 - впускной канал; 9 - цилиндр всасывания и сжатия; 10 - поршень малого цилиндра; 11 - вращающийся
В фирме «АДС» (г. Заволжье, Нижегородская область) был создан экспериментальный автомобильный ДВС с такой камерой. Применение камеры обеспечило многотопливность и повысило экономичность двигателя. Однако, из-за ее малой размерности, пришлось применить контактные уплотнения (между золотником и корпусом), которые для достижения заданного ресурса требуют большого объема доводочных работ. По предварительной оценке, лабиринтные уплотнения будут достаточно эффективны для двигателей мощностью от 3000 кВт и более. При изготовлении камеры из жаропрочных керамических или композиционных
материалов, обеспечивающих стабильность минимальных зазоров в лабиринтах, это ограничение по мощности может быть даже снято.
Разделение рабочих процессов: сжатия, сгорания и расширения по разным узлам как в ГТД, позволяет реализовать термодинамические преимущества цикла ГТД с подводом теплоты при V=const (ГТД У=сот1) (рис. 2) [9-12]. Следует отметить, что для реализации цикла ГТД ¥=сот( в ДВС с традиционным турбонаддувом необходима постановка импульсной турбины (имеющей невысокий КПД) между выхлопом поршневого двигателя и турбиной наддува, что значительно усложняет двигатель и поэтому не находит применения.
Рис. 2. Цикл ГТД с подводом теплоты при V=const
Одно из преимуществ цикла ГТД V=const заключается в том, что температура сгорания влияет на экономичность уже на уровне термического КПД т.е. целесообразно сжигать стехиометриче-ские смеси. При этом для больших дизельных давлений сгорания (более 7,0 МПа) не важно, как его
получить - за счёт затратного (увеличение работы сжатия и массы конструкции) увеличения степени повышения давления в компрессоре пк или за счёт увеличения степени повышения давления X в выносной камере сгорания (V = const) при эффективном сгорании (рис. 3) [10]. На рис. 3 Д-qt - прирост
термического КПД цикла ГТД V=const относительно цикла ГТД P=const. В дизелях сгорание при V = const только частичное. По предварительной расчётной оценке даже при невысокой степени повышения давления в компрессоре зск = 6 в ГТД
п.-"о 70
50
-Ю
30
10 L
О I-0
V=const (^=1600^) может быть достигнут эффективный КПД на уровне 0, 37 [10]. Для сравнения, в традиционных ДВС, работающих по циклу Отто и Дизеля, эффективный КПД составляет в среднем, примерно 0,25 и 0,38, соответственно.
10 15 20 25 30 35 40 45 50 х.
Рис. 3. Зависимости r)t и Arjt от пк и X
С учётом изложенного, предлагается следующая концепция модернизации ДВС для повышения экономичности за счет применения выносной золотниковой камеры сгорания V=const и газотурбинных агрегатов (рис. 4).
1. Сжатие осуществляется в двухступенчатом или трехступенчатом турбокомпрессоре с промежуточным охлаждением воздуха термодинамически эффективным для цикла ГТД V=const (даже без регенерации теплоты) [9]. При этом для повышения
температуры сгорания Т, целесообразно обогащение воздуха кислородом за счет мембранного отделения азота, что позволит также снизить выбросы оксидов азота. Так, при обогащении кислородом до 40%, снижение выбросов оксидов азота может составить 78% по сравнению с использованием для сгорания обычного воздуха (21% кислорода) [13]. Для ДВС большой мощности сжатие может производиться в лопаточных компрессорах с приводом от турбин, работающих на выхлопных газах. При
этом традиционный поршневой ДВС будет выполнять функцию только расширительной машины.
2. Сгорание осуществляется в КС V=const, вращение золотника которой синхронизировано с вращением коленчатого вала поршневой машины. Высокая температура стенок камеры (не менее 1000 °С) должна обеспечить высокую полноту сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха, близком к 1.
3. Расширение вначале происходит в поршневой расширительной машине, затем в турбине. При этом давление газа при выпуске его через клапаны в турбину несколько меньше, чем за компрессором, для обеспечения продувки камеры сгорания. В отличие от традиционных ДВС с турбонаддувом здесь нет потерь на импульсный выхлоп. В итоге,
по предварительной оценке, при равных Р^ экономичность ДВС может быть повышена на (20...25)%.
6 5
Рис. 4. Схема ДВС с выносной КС У=свт1 и турбокомпрессорами: 1 - поршневая расширительная машина; 2 - золотниковая КС У=свт1; 3 - турбокомпрессор высокого давления; 4 - охладитель воздуха; 5 - турбокомпрессор низкого давления; 6 - устройство мембранного обогащения кислородом (отделение азота); 7 - выхлопной клапан
бедующий шаг в совершенствовании двигателя - введение дополнительных тактов с парообразованием. В [4] показан подтверждённый экспериментально этот новый подход по повышению экономичности ДВС. К традиционным четырём тактам ДВС добавляется ещё два такта (итого - шесть тактов). В конце четвёртого такта в цилиндр впрыскивается вода. Попадая на горячую поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из рабочего объёма цилиндра через выпускной клапан. Теплота, которая в обычных ДВС уходила в систему охлаждения, превращается в работу. Эти два дополнительных такта можно назвать паровым циклом. По оценке автора этого изобретения Кроу-эра (США) [4], повышение экономичности двигателя, работающего по циклу Отто, может составить 40%. Это также решает проблему охлаждения двигателя. Однако потребуется решение ряда проблем:
- необходимости использования дистиллированной воды, её очистки при работе двигателя;
- применения дорогих нержавеющих сплавов;
- постановки дополнительного клапана для выпуска пара в оборотную систему водоснабжения с устройством конденсации.
Известно, что новая техника в рыночных условиях вытесняет старую, если её комплексная эффективность (топливная экономичность, масса, цена) выше, примерно, на 25%. Поэтому целесообразно дополнительно рассмотреть и другие перспективные решения, например конструкторские,
которые бы в комплексе ещё больше подняли эффективность двигателя. Предлагается сжатие и расширение реализовать с применением простых машин роторно-поршневого типа и качественно упростить коробку переключения передач. Конструктивная схема приведена на рис. 5. В его состав входят: основная расширительная машина с цилиндром 1 и поршнем 2, выносная золотниковая камера сгорания нового типа 7 с золотником 11, клапаны 4, 5 для выпуска газа и пара соответственно, клапан 6 для впуска воздуха с целью повышения крутящего момента на валу, агрегат наддува, состоящий из компрессора 12 и турбины 13 для его привода.
Основной расширитель может быть создан на базе обычного поршневого двигателя. С него и снимается мощность. Выносная золотниковая камера сгорания выполнена с некоторыми отличиями от описанной выше. Золотник 11 конструируется таким образом, чтобы обеспечить аккумуляцию теплоты для последующего эффективного парообразования в постоянном объёме камеры. Это может быть достигнуто развитием внутренней поверхности золотника, созданием специального аккумулирующего слоя. Снижение температуры конструкции камеры сгорания за счёт парообразования облегчит доводку контактных уплотнений, необходимых для ДВС мощностью от 50 квт. Вал поршневой машины и золотник кинематически связаны для согласованности работы.
413
Рис. 5. Схема роторно-поршневого ДВС с выносной золотниковой камерой сгорания и реализацией парового цикла: 1 - цилиндр расширения; 2 - поршень; 3 - выпускной канал; 4 - клапан выпуска газа; 5 - клапан выпуска пара; 6 - клапан усилителя крутящего момента; 7 - золотниковая камера сгорания У=сот1; 8 - свеча зажигания; 9 - топливная форсунка; 10 - водяная форсунка; 11 - вращающийся золотник; 12 - героторный компрессор; 13 - героторная турбина
Компрессор 12 с турбиной 13 (агрегат наддува) могут быть выполнены в виде, так называемых, ге-роторных машин и кинематически связаны с основным расширителем через обгонную муфту только на запуске. Такая конструкция героторных машин отработана на экспериментальном двигателе, созданном в Техасском университете США [6].
В состав двигателя входит также усилитель крутящего момента (УКМ), включающий управляемый клапан 6, который может подавать воздух из-за компрессора мимо камеры сгорания в цилиндр при расширении в нём газа без повышения тепловой напряжённости конструкции. Данное устройство может качественно упростить коробку переключения передач или даже исключить её из конструкции двигателя.
Работает двигатель следующим образом.
Вначале реализуется цикл со сгоранием топлива. После сгорания газы поступают в цилиндр 1 и толкают поршень 2, совершая работу (первый такт). При достижении поршня нижней мёртвой точки, открывается выпускной клапан 4, и газ поступает в турбину 13 для дальнейшего расширения. Одновременно с выпуском газа, происходит очередное наполнение полости золотника воздухом. После перекрытия окна золотника, впрыскивается вода, которая испаряется с повышением давления в основном за счёт теплоотвода от горячих стенок. Далее, в третьем такте, пар поступает в цилиндр, где расширяется, совершая работу, с одновременным подогревом от днища поршня и стенок цилиндра. В четвёртом такте происходит выпуск пара. Целесообразно его выпускать через отдельный клапан 5 с последующим конденсацией в оборотной
системе водоснабжения (на рис.4 не показана), имеющей примерно такие же массогабаритные характеристики, что и существующие жидкостные системы охлаждения ДВС. Таким образом, если в прототипе [4] из шести тактов - два рабочих, то здесь на четыре такта приходится два рабочих. Агрегат наддува (без поршневого компрессора) - высокооборотный и имеет меньшую массу, чем поршневая машина. В итоге это должно улучшить мас-согабаритные характеристики двигателя.
Усилитель крутящего момента работает следующим образом.
На малой частоте вращения вала двигателя (кратковременно, при трогании автомобиля с места) в камеру сгорания подаётся избыточное топливо, примерно в 1,5 раза больше, чем нужно для полного сгорания. При этом образуется газ и химически высокоактивное горючее (свободные радикалы). В процессе расширения при определённом положении поршня, когда давление газа будет несколько меньше давления воздуха за компрессором, открывается клапан 6 и воздух поступает мимо камеры сгорания в цилиндр, дожигая там смесь при постоянном давлении, то есть дальнейшее движение поршня идёт без падения давления с увеличенным крутящим моментом на валу (аналог поздней отсечки пара в паровой машине). При этом агрегат наддува работает на максимальной частоте вращения. Площадь известной Р - V диаграммы (рис.5, вариант 3) максимальна. При этом режим работы двигателя будет наиболее теплонапряжённым, что требует специальных исследований.
Рис. 5. Р - V - диаграмма рассмотренного ДВС с усилителем крутящего момента: 1 - усилитель крутящего момента выключен; 2 - усилитель крутящего момента включен частично; 3 - усилитель крутящего момента включён полностью
На промежуточном (частичном) режиме работы УКМ, при меньшей по времени избыточной подаче топлива, площадь диаграммы будет меньше (вариант 2). Более «горячий» режим процесса расширения с включённым УКМ обеспечит и большую мощность парового цикла.
Создание воздухонезависимых (анаэробных) энергетических установок для подводных объектов требует решения ряда проблем, прежде всего, обеспечение приемлемых массогабаритных характеристик, усложнение конструкции, увеличение объемов под размещение окислителя (кислорода) [14].
Предлагаемая концепция анаэробной энергетической установки, выполняемой на базе классического дизеля с разделенной камерой сгорания с регенератором, и работающей по бинарному циклу, может значительно повысить его экономичность. В дизеле после каждых основных рабочих тактов осуществляются такты парового цикла. Концепция базируется на следующих разработках и принципах:
1. Шеститактный цикл работы дизеля, в котором как показано выше, два дополнительных такта реализуют паровой цикл.
2. Разделённая камера сгорания (рис.6) с теп-лоаккумулирующим покрытием (регенератором), которое должно обеспечить:
- аккумуляцию теплоты для парового цикла, что дает возможность повысить экономичность за счет увеличения тепловыделения в начале такта при большом давлении;
- снижение жёсткости работы, свойственной дизелям, и, как следствие, уменьшение шумности, что очень важно для подводных объектов;
- увеличение мощности установки (по сравнению с двигателем Кроуэра) за счет возможности повышения относительного содержания окислителя (кислорода) в рабочем теле и, соответственно, увеличения подачи топлива и воды.
Теплоаккумулирующее покрытие может выполняться по типу регенератора двигателя Стир-линга из хромоникелевых сталей, вольфрама, металлокерамики в виде пористых структур [14].
Рис. 6. Разделенная камера сгорания с аккумулирующим покрытием: 1 - аккумулирующее покрытие; 2 - форсунка подачи топлива; 3 - форсунка подачи воды
На рис. 7 показан термодинамический бинарный цикл, рассматриваемой энергетической установки в P, V-диаграмме, где V- объем (в упрощенном виде - подвод теплоты при V = const).
Р I
V
Рис. 7. Бинарный цикл шеститактного ДВС в Р, V- диаграмме (V- объем): 2-4-5-7-2 - четырехтактный цикл со сгоранием топлива; 1-3-6-7-1 - двухтактный паровой
Окислитель (кислород)
е ы н н
е
л х О
Рис. 8. Принципиальная схема воздухонезависимой энергетической установки, реализующей бинарный
цикл в дизеле:
1- дизель; 2 - конденсатор, 3 - подкачивающий насос; 4 - фильтр; 5 - насос высокого давления; 6 - теплообменник; 7 - система подготовки отработанных газов для рабочего процесса
На рис. 8 представлена схема воздухонезави-симой энергоустановки, реализующей бинарный цикл одном силовом агрегате - дизеле. Принцип работы установки в части реализации парового цикла следующий.
В конце традиционного четвёртого такта в цилиндр впрыскивается вода. Попадая на горячую поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая пятый такт. В шестом такте отработанный пар вытесняется поршнем и поступает в конденсатор 2, после которого вода насосом 3 прокачивается через фильтр 4 и подается на вход насоса высокого давления 5 (10,0-15,0) МПа. Затем, вода подогревается отработанными газами дизеля в теплообменнике 6 и поступает к форсункам, которые впрыскивают воду в цилиндр в начале пятого такта - рабочего хода поршня.
Система подготовки отработанных газов 7, включая подмешивание окислителя (кислорода), для осуществления рабочего процесса в дизеле аналогична существующим.
Выполнена предварительная оценка повышения эффективности рассматриваемой энергетической установки, реализующей бинарный цикл при следующих исходных данных и допущениях:
1. Эффективность дизельного цикла и тепловое состояние деталей цилиндро-поршневой группы сохраняются.
2. Баланс теплоты в дизеле принят среднестатистическим [15] :
2.1. Теплота, превращенная в полезную работу
- 40%
2.2. Теплота, отведенная в систему охлаждения
- 23%
2.3. Теплота, отведенная с отработанными газам - 33%
2.4.Потери теплоты непредусмотренные п.п. 2.2; 2,3 - 4%
3. Эффективный КПД парового цикла - 0,25
Тогда доля теплоты, превращенной в полезную работу в паровом цикле, составит:
(23%+33%)-0,25 = 14%,
суммарный эффективный КПД установки -54%, а его прирост - 35%.
Следует отметить, что эффективный КПД современных парогазовых установок составляет (55 -60)%.
Паровой цикл является вспомогательным к основному дизельному, что обуславливает проблему сохранения мощности энергетической установки. Однако, учитывая, что паровой цикл - двухтактный, а также возможность одновременного увеличения подачи окислителя (кислорода), топлива и воды (т.е. повышения энергоёмкости парового цикла), то можно предполагать, что мощность энергетической установки может не снизиться.
Для окончательной оценки эффективности рассматриваемой установки необходимо проведение большого объема исследований по реализации парового цикла.
Выводы:
1. Применение выносной золотниковой камеры сгорания постоянного объёма, конструктивное разделение процессов сжатия и расширения в ДВС может обеспечить многотопливность, качественное повышение экономичности и возможность исключить или значительно упростить коробку переключения передач.
2. С учетом известных результатов исследований показана возможность реализации бинарного цикла в одном силовом агрегате-дизеле за счет утилизации его тепловых потерь в двух дополнительных тактах, реализующих паровой цикл. Повышение экономичности, по предварительной оценке, может составить порядка 35%.
3. Целесообразно использование рассмотренной высокоэффективной концепции двигателя в воздухонезависимых энергетических установках подводных объектов с ограниченным запасом окислителя. Наличие отдельного окислителя позволяет также реализовать большие мощности за счет увеличения одновременной подачи окислителя, топлива и воды.
4. Полученные результаты проработки следует считать предварительными. Для окончательной оценки перспективности рассмотренной воздухо-независимой энергетической установки необходимо проведение большого объема исследований по реализации парового цикла.
Литература
1. Богданов В.И. Концепция гибридного электромобиля на базе ГТУ // Инженер. 2019. № 8. С. 21.
2. Пат. 2196906 РФ, МПК7 F02C5/02. Камера сгорания газотурбинного двигателя. Богданов В.И., Кузменко М.Л. № 2000117931/06; заявл. 05.07.2000; опубл. 20.01.2003.
3. Богданов В.И., Кузнецов С.П. Результаты экспериментальной отработки золотниковой камеры сгорания постоянного объема / Вестник СГАУ им. С.П. Королева. 2011. № 2. С. 122-130.
4. Тер-Мкртичьян Г.Г. Двигатели внутреннего сгорания с нетрадиционными рабочими циклами: учебное пособие. - М.: МАДИ, 2015. - 80 с.
5. Тер-Мкртичьян Г.Г. Двигатели с продолженным расширением рабочего тела // Двигателе-строение. - 2015, №2 (260). - С.3-9.
6. Чернышев Д. «StarRotor» - еще одна попытка. // Двигатель. 2004. № 6. С. 36-37.
7. Богданов В.И. Концепция многотопливного автомобильного двигателя с усилителем крутящего момента. // Двигателестроение. 2006. № 4. С. 19-21.
8. Богданов В.И. Автомобиль и его двигатель -возможные перспективы развития //Автомобильная промышленность. 2009. № 1. С. 25 - 28
9. Елисеев Ю.С., Манушин. Э.А., Михальцев В.Е. и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 640 с.
10. Богданов В. И., Тарасова Е. А. О применении цикла ГТД с подводом теплоты при постоянном объеме. // Изв. вузов. Авиационная техника.
2007. №3. С. 35-37.
11. Михальцев В.Е., Богданов В.И., Потапова И.А. Использование цик-ла периодического сгорания для повышения эффективности пуска ГТД. Известия ВУЗов машиностроения №1-3. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997 г.
12. Богданов В.И. Возможные перспективы развития энергодвигательных установок и новые принципы создания движущей силы. Germany: LaP LAMBERT Academic Publishing. 2018. - p. 172.
13. Богданов В.И., Буракова Л.И. Эффективность применения отделения азота и охлаждения воздуха на сжатии в перспективных энергетических ГТУ со сгоранием топлива при V=const. // Газотурбинные технологии. № 4. 2009. С. 30-32.
14. Дядик А.Н., Замуков В.В., Дядик В.А. Корабельные воздухо-независимые энергетические установки. Санкт-Петербург: Судостроение. 2006.
15. Богданов С.Н., Буренков М.М., Иванов И.Е. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение. 1987.
МАШИННАЯ АРИФМЕТИКА - ТОРМОЗ В РАЗВИТИИ COMPUTER SCIENCE
Вышинский В.А.
Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины,
Киев
MACHINE ARITHMETICS - BRAKE IN DEVELOPMENT COMPUTER SCIENCE
Vyshinskiy V.
V.M. Glushkov Institute of cybernetics of National academy of Science of Ukraine
Kiev
АННОТАЦИЯ
В развитии компьютерного машиностроения уже давно наступил кризис. В современной Computer science не «просматривается» альтернатива машинной информационной технологии в операциях над действительными числами, предложенной еще пионерами вычислительной техники в пятидесятых годах двадцатого столетия. Этот тормоз в развитии наметился уже при осваивании микроэлектронной элементной базы в компьютерном машиностроении. В результате, со временем, появился дисбаланс между стоимостью аппаратурных затрат на создание компьютерной системы и стоимостью соответствующей ей программного обеспечения. Особенно это несоответствие проявляется, когда активно стала возникать необходимость в создании искусственного интеллекта. В статье исследуется эта проблема и намечены пути ее решения.
ABSTRACT
In the development of computer engineering, a crisis has long come. In modern Computer science, the alternative to computer information technology in operations on real numbers, proposed by the pioneers of computer technology in the fifties of the twentieth century, is not "visible". This brake in development was already evident when mastering the microelectronic element base in computer engineering. As a result, over time, there was an imbalance between the cost of hardware costs for creating a computer system and the cost of the corresponding software. This discrepancy manifests itself especially when the need for the creation of artificial intelligence began to arise actively. The article explores this problem and outlines ways to solve it.
Ключевые слова: информация, Computer science, машинная арифметика, стоимость программного обеспечения, искусственный интеллект.
Keywords: information, computer science, machine arithmetic, software cost, artificial intelligence.
1. Введение
Многолетняя практика использования компьютерных средств позволила создать большое множество информационных технологий, которые, как правило, представлены программами, записанными в том или ином, так называемом, внешнем языке пользователя. Для выполнения их в компьютере предусмотрены специальные средства, транслирующие на внутренний машинный язык, который уже окончательно реализует нужную информационную технологию непосредственно в аппаратуре, т.е. в машинных командах. Операционный базис этого внутреннего языка использует, только, арифметические действия над данными-числами. Иными словами, любая программа, предусмотренная сегодня для реализации на компьютере, в конечном итоге, сводится к арифметике над числами, т.е. так
как это имело место в первых вычислительных машинах начала пятидесятых годов прошлого столетия.
Такая ситуация с созданием средств вычислительной техники (ВТ) на первых порах автоматизации умственного труда с помощью электроники вполне оправдана, однако, на современном этапе развития компьютерного строения недопустима. Дело в том, что за последние семьдесят лет количество задач, возлагаемых на «плечи» компьютера, существенно увеличилось, а значит, и возрос программный продукт. Следует заметить, что при создании нового компьютера удельный вес стоимости программного обеспечения существенно превышает его затраты на саму аппаратуру. Одновременно с этим, значительно выросли требования к скорости, точности, потребляемой мощности и
