Рабочая модель самодельного реактивного двигателя своими руками

Я собираю модель, имитирующую настоящий реактивный мини двигатель, даже если мой вариант электрический. На самом деле всё просто и каждый может построить реактивный двигатель своими руками в домашних условиях.

То, как я спроектировал и построил самодельный реактивный двигатель — не лучший способ сделать это. Я могу представить миллион способов и схем, как создать лучшую модель, более реалистичную, более надежную и более простую в изготовлении. Но сейчас я собрал такую.

Основные части реактивного модельного двигателя:

• Двигатель постоянного тока достаточно сильный и минимум на 12 вольт
• Источник постоянного тока не менее 12 вольт (в зависимости от того, какой у вас двигатель постоянного тока).
• Реостат, такой же какой продаётся для настройки яркости лампочек.
• Коробка передач с маховиком, встречается во многих автомобильных игрушках. Лучше всего, если корпус редуктора сделан из металла, потому что пластик может плавиться на таких высоких скоростях.
• Металлический лист, который можно разрезать, чтобы сделать лопасти вентилятора.
• Амперметр или вольтметр.
• Потенциометр примерно на 50К.
• Катушка электромагнита из соленоида или любого другого источника.
• 4 диода.
• 2 или 4 постоянных магнита.
• Картон, чтобы собрать корпус, похожий на корпус реактивного двигателя.
• Наполнитель кузовов для авто, для создания экстерьера.
• Жесткий провод, чтобы поддерживать все. Обычно я использую провода из дешевых вешалок. Они достаточно сильны и достаточно гибки, чтобы придать им нужную форму.
• Клей. Для большинства деталей я предпочитаю горячий клей, но сейчас подойдёт практически любой клей.
• Белая, серебряная и черная краска.

Шаг 1: Присоедините двигатель постоянного тока к маховику коробки передач

Основа модели моего реактивного двигателя очень проста. Присоедините двигатель постоянного тока к коробке передач. Идея заключается в том, что мотор приводит в движение ту часть коробки передач, которая была прикреплена к колесам игрушечной машинки. Поместите пластиковый рычаг, чтобы он ударялся о маленькую шестерню маховика, и она издавала шум. Некоторые коробки передач уже оснащены этим устройством, а некоторые нет.

Шаг 2: Соедините магниты и катушку для датчика

Поместите 2 или 4 постоянных магнита на главный вал таким образом, чтобы катушка могла находиться рядом с ними, когда они вращаются. Поместите их так, чтобы шаблон полярности был — + — +. Идея состоит в том, что магниты будут проходить близко к катушке и генерировать небольшое количество тока, которое мы будем использовать для перемещения датчика. Но чтобы это сработало, вам нужно поместить 4 диода в мостовую конфигурацию, чтобы преобразовать переменный ток, который мы генерируем, в постоянный.

Загуглите «диодный мост», чтобы найти об этом больше информации. Также для калибровки датчика до нужной чувствительности, вам необходимо поместить потенциометр между катушкой и датчиком.

Шаг 3: Реостат для управления скоростью

Нам нужно контролировать скорость двигателя. Для этого поместите реостат между розеткой и источником питания. Если вы не знаете, как это сделать, загуглите, как подключить реостат к лампочкам. Но вместо лампочки мы поставим блок питания.

Не пытайтесь сделать это, если вы не уверены на 100%. Мы имеем дело с большим током и использование неподходящего источника питания может вывести его и строя. Чем проще блок питания, тем лучше. Альтернатива — найти реостат постоянного тока, чтобы мы могли контролировать напряжение после подачи питания. Я не смог найти такой ни в одном магазине, поэтому использую реостат для лампочек. Но если вы сможете найти такой, который будет работать с двигателем постоянного тока, то возьмите его. Идея состоит в том, чтобы просто контролировать, какой ток поступает на двигатель, так что это будет нашим дросселем.

Шаг 4: Вентилятор

Вентилятор вы можете сделать так, как захотите. Я вырезал каждое лезвие из тонкого металлического листа и склеил их. Вы можете сделать их из картона и затем покрасить. Или, если у вас есть доступ к 3D принтеру, вы можете напечатать 3d-вентилятор. На www.thingiverse.com есть отличные трёхмерные модели вентиляторов.

Шаг 5: Корпус

Вы можете сделать корпус из картона, а затем, чтобы придать форму, добавить внешний заполнитель. Вам придется много шлифовать, так что это тяжелая и грязная работа. Когда вы всё сгладите, закрасьте корпус глянцевой белой краской.

Внутренняя часть двигателя должна быть окрашена в черный цвет. Передняя часть двигателя обычно имеет серебристый край, который вы, по желанию, можете нарисовать.

Шаг 6: Механизм стартера

Стартер и ручки подачи топлива связаны механически. Стартер имеет выключатель, который подключает двигатель к источнику питания. Этот переключатель также может быть активирован рычагом управления подачей топлива, когда он находится в рабочем положении.

Пружина стартера должна быть нагружена таким образом, чтобы она хотела вернуться в нормальное положение, и блокировала стартовое положение только в том случае, если рычаг управления подачей топлива находится в отключенном положении.

Идея состоит в том, чтобы стартер оставался в исходном положении, пока вы не переместите рычаг подачи топлива в рабочее положение, и теперь рычаг управления подачей топлива будет держать переключатель включенным. Также топливный рычаг является частью основания реостата. Реостат должен быть установлен таким образом, чтобы можно было вращать не только часть ручки, которая должна вращаться, но и всю основу реостата. Эта база — то, что контроль топлива двигает для увеличения скорости, когда он находится в рабочем положении. Это сложно объяснить и поэтому, чтобы лучше понять концепцию, вы должны посмотреть третью часть видео.

Узнаем как изготовить реактивный двигатель своими руками

Самый простым реактивным двигателем является бесклапанный пульсирующий агрегат. После его изобретения стало очевидно, что он может двигать ракету даже в безвоздушном пространстве. Из-за того, что повсеместно стали использовать турбореактивные моторы, разработку рассматриваемого вида движителей приостановили. Но многие любители продолжают интересоваться, изучать и даже самостоятельно собирать агрегат. Попробуем сделать реактивный двигатель своими руками.

Мотор по патенту Локведа

Устройство можно соорудить любого размера, если строго соблюдать необходимые пропорции. Реактивный двигатель, своими руками сделанный, не будет иметь движущихся частей. Он способен функционировать на любом виде топлива, если будет предусмотрено приспособление для его испарения до входа в камеру сгорания. Однако старт производят на газе, так как этот вид топлива намного удобнее других. Соорудить конструкцию просто, да и денег уйдет не так уж много. Но надо приготовиться к тому, что работать будет с большим шумом реактивный двигатель.

Своими руками устанавливается и испаряющий распылитель для жидкого топлива. Его помещают на конец металлической трубы, через которую пропан поступает в камеру сгорания. Однако если планируется применять только газ, то это приспособление устанавливать необязательно. Можно пропан просто запускать через трубку 4 мм диаметром. Ее прикрепляют к камере сгорания при помощи фитинга на десять миллиметров. Иногда предусматривают также разные трубки для пропана, керосина и дизельного топлива.

На старте газ поступает в камеру сгорания, и при возникновении первой искры двигатель запускается. Баллоны сегодня приобрести нетрудно. Удобным является, например, имеющий одиннадцать килограмм топлива. Если предполагается большой расход, то редуктор не обеспечит необходимым потоком. Поэтому в таких случаях устанавливают просто игольчатый клапан. Баллон при этом нельзя опустошать до конца. Тогда в трубке не произойдет возгорания.

Чтобы установить свечу для искры, в камере сгорания нужно предусмотреть специальное отверстие. Его можно изготовить при помощи токарного станка. Корпус выполняют из нержавеющей стали.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель Рейнста: необходимые детали

Необязательно использовать металлические трубы и другие сложные для простого обывателя детали. Если реактивный двигатель своими руками предполагается сделать совсем маленького размера, для его изготовления потребуются следующие подручные компоненты:

• банка из стекла на четыреста миллилитров;
• банка из жести из-под сгущенки, от которой потребуется лишь боковая часть;
• спирт или ацетон;
• циркуль;
• ножницы;
• дремель или обычное шило;
• плоскогубцы;
• карандаш;
• бумага.

Как сделать реактивный двигатель

В крышке от стеклянной банки делают отверстие на двенадцать миллиметров.

Для верстки диффузора на бумаге рисуют шаблон, используя циркуль. Ближний радиус берется на 6, а дальний — на 10,5 сантиметра. От сектора, который получился, отмеряют 6 см. Обрезку производят на ближнем радиусе.

Шаблон прикладывают к жестяной банке, обводят и вырезают необходимый кусок. С обоих краев отгибают по миллиметру у полученной детали. Далее делают конус и соединяют части согнутых краев. Так получают диффузор.

Затем на узкой его половинке сверлят четыре отверстия. То же самое повторяют на крышке вокруг проделанного ранее отверстия. Используя проволоку, подвешивают диффузор под отверстие крышки. Должно получиться расстояние до верхнего края примерно от 5 до 5 мм.

Осталось лишь налить в банку спирт или ацетон на пол сантиметра от дна, закрыть банку и зажечь спирт спичкой.

Советская литература для реактивных авиамоделей

Миниатюрные пульсирующие воздушно-реактивные двигатели для авиамоделей также можно изготовить самостоятельно. Некоторые любители даже сегодня используют при монтаже конструкции мотора литературу, написанную в советское время, в шестидесятых годах прошлого века. Несмотря на такой значительный промежуток времени с момента издания, она продолжает быть актуальной и способна помочь в освоении новых знаний и получения практики юными конструкторами.

YouTuber строит реактивный двигатель с нуля и прикручивает его к скейтборду — Supercar Blondie

от Robert Percy | 7 мая 2022 г., 7:13 | Tech

Создание реактивного двигателя полностью с нуля — это то, на что даже самые смелые самодельщики напугаются.

Integza, однако, немного отличается от ваших обычных ученых.

Используя пару старых канистр из-под бутана, некоторые навыки работы с металлом и 3D-печать, он сделал самодельный реактивный двигатель, который действительно работает.

Затем он прикрутил его к сине-оранжевому пластиковому скейтборду, а почему бы и нет?

ПОДРОБНЕЕ: Собака-водитель путешествует по ферме в пикапе владельца

Во время испытаний двигатель вырывается безумным синим пламенем и светится ярко-красным.

Как он сделал реактивный двигатель?

Это немного отличается по конструкции от обычного реактивного двигателя, и Integza назвала его «электрическим реактивным двигателем».

В обычном реактивном двигателе компрессор находится в передней части двигателя (это лопасти вентилятора, которые вы видите, если посмотрите на реактивный двигатель снаружи).

Туда входит воздух.

А еще рядом с задней частью двигателя есть турбина.

Изображение: Integza/Youtube

Турбина соединена с компрессором валом и помогает поддерживать вращение компрессора.

Это означает, что двигатель может работать автономно, даже если через него проходит немного воздуха.

Вместо турбины Integza использует электродвигатель.

ПОДРОБНЕЕ: Рисовый трактор с турбонаддувом — идеальная сельскохозяйственная машина

Изображение: Integza/Youtube

Удивительно, но это не первый реактивный двигатель, который Integza построила с нуля.

Год назад он сделал самодельный турбореактивный двигатель, используя детали, напечатанные на 3D-принтере.

Путем проб и ошибок ему удалось заставить и это работать.

В прошлом году он также сделал гибридный ракетный двигатель с шипами, снова используя самодельные детали и методы сборки.

Этот тоже работал, хотя и с большим количеством проб и ошибок, как и его турбореактивный двигатель.

Кажется, Интегза очень любит экспериментировать с созданием собственных реактивных и ракетных двигателей.

Кто знает, какую сумасшедшую доморощенную штуковину он придумает в следующий раз?

СМОТРЕТЬ:

Сборка реактивного двигателя с турбокомпрессором — Главная

Как я построил очень тяжелый реактивный двигатель из турбокомпрессора….2012

Я знаю, вы думаете, что это не еще один турбокомпрессорный газотурбинный сайт. , ну да, но несколько отличается от других тем, что я построил камеру сгорания в линию, а не с воздухозаборником в качестве бокового входа. Турбина — это Гаррет от вилочного погрузчика Linde, изначально на двигателе Volkswagen. Я работаю на заводе, который имеет отличное металлообрабатывающее оборудование, такое как полный производственный цех, механический цех, а также инструмент для экономии времени, программируемый плазменный резак (он вырежет любую форму из листовой стали, которую вы можете себе представить).

Я начала этот проект несколько лет назад, но задержалась из-за рождения моих сыновей-близнецов Чарли и Найла, которым сейчас 3 года. и немного опасный запуск в первый раз, они будут в безопасности.

Я также интересуюсь стимпанком и могу рассказать о некоторых конструкциях газовой турбины и масляного насоса и взглянуть на эту замечательную идею, которая представляет собой викторианскую изобретательность, смешанную с научной фантастикой (вроде как), поэтому отсутствие покраски машины как бы добавляет к Общий вид в стиле стимпанк, хотя, как и на фотографии выше почти готовой газовой турбины, синий силиконовый шланг выглядит слишком современно и, вероятно, будет заменен каким-то черным шлангом, который где-то спасли.

Хватит болтовни, вот еще картинки.

Основное изображение почти готовой газовой турбины с масляным насосом и прикрепленным баком

Принцип работы

В основном в качестве топлива будет использоваться газ пропан, подаваемый из регулируемого регулятора. Зажигание будет происходить от свечи накаливания, а температура выхлопных газов, давление наддува, уровень масла и температура будут контролироваться. Запуск, вероятно, будет сжатым воздухом, наматывающим компрессор. Масляный насос и свеча накаливания будут работать от 12-вольтовой батареи, как, вероятно, и система стартера.

Выпускной конец

Вид на выпускной конец, температура должна быть около 500 градусов C (извините, ребята, здесь нет градусов F, это английский сайт!)

В нижней части все еще установлен перепускной клапан камеры выхлопной турбины, у этого есть рычаг для приведения в действие, и его нужно как-то закрыть, я, вероятно, поставлю на него тяжелую пружину. Обратите внимание, что внутренняя выхлопная труба изготовлена ​​из нержавеющей стали, а остальная часть из мягкой стали приварена к отливке турбины (неплохая сварка TIG, выполненная приятелем, гораздо более аккуратная обработка, чем MIG).

Вверх по бизнес-концу

Крупный план колеса выхлопной турбины. Он изготовлен из суперсплава с высоким содержанием никеля, который может выдерживать очень высокие температуры нагрева. Во время работы реактивного двигателя температура на выходе из выхлопа турбинного колеса будет в районе 500℃.

ВНИМАНИЕ!
У некоторых турбинных колес плавится кончик, если, например,
, температура горелки слишком высока, что приводит к очень горячим высокоскоростным деталям 9Металл 0075 выбрасывается из потока выхлопных газов.

НЕ СМОТРИТЕ НА ВЫХЛОПНУЮ ТУРБИНУ, если не приняты надлежащие меры предосторожности.

Обратите внимание, что, по моему мнению, лучшее место для стояния при работающем двигателе — смотреть со стороны впускного компрессора. Обратите внимание, что роторы турбины могут разбиться, поэтому существует риск того, что разбитое колесо может вырваться из корпуса турбокомпрессора (хотя современные турбокомпрессоры сильны в нормальной работе, превращение турбокомпрессора в реактивный двигатель не является нормальной операцией и может привести к серьезным последствиям). более высокие скорости вращения, на которые изначально рассчитана турбина!!).
 

Конец воздухозаборника (компрессорная турбина)

В турбонагнетателе используется центробежное колесо компрессора, которое использовалось в ранних реактивных двигателях, изготовленных Фрэнком Уиттлом и Хансом Иоахимом Пабстом фон Охайном, хотя в обеих конструкциях использовалось двухстороннее колесо компрессора.

Я установил манометр (2 бара) в пустой порт на поверхности прокрутки, не уверен, что он зарегистрирует какое-то давление наддува, но манометр был куплен на e-bay за 2,50 фунта стерлингов, и он выглядел нормально, поэтому он остается, если он не регистрировать любое давление.

Есть еще одно маленькое отверстие, к которому я могу подсоединить небольшой отрезок медной или латунной трубы, разбить конец почти плоско, чтобы сформировать веерообразную воздушную струю и распылить холодный воздух между синим силиконовым шлангом и камерой сгорания справа от изображение, это должно предотвратить воспламенение силиконового шланга из-за воздуха из камеры сгорания, я видел несколько видеоклипов, на которых камеры нагреваются докрасна !!

Входное отверстие колеса компрессора

Турбина компрессора, вид крупным планом. Как уже упоминалось, это радиальное колесо компрессора из алюминия. В процессе сжатия воздуха выделяется некоторое количество тепла, но его недостаточно для деформации или нагрева
повредить тонкие лопасти, из которых состоит колесо. Шпиндель в середине ведет к ротору турбины на противоположном конце, подшипник представляет собой металл по металлу, поэтому хорошая смазка с достаточным давлением масла имеет важное значение для длительного срока службы подшипника / двигателя.

Проточная камера сгорания

Моя собственная конструкция проточной камеры сгорания, самая трудоемкая часть проекта, внутри 4 газовых сопла, ключом к количеству газа в камере является экспериментирование, я установил слишком много газовые форсунки, поэтому нужно будет удалить пару или более, чтобы добиться правильного сгорания. Чтобы получить правильную смесь воздуха, требуется много работы (много отверстий во внутренней трубе горелки), но все должно работать нормально. Расчеты отверстий, полученные с других веб-сайтов, очень помогли в этом проекте.

Я знаю, некоторые люди, похоже, используют банку из-под печеных бобов и немного олова, и это работает с первого раза, это, безусловно, правда, но самое интересное в проекте — это разработать что-то, что удовлетворяет моим навыкам инженера,  механика и дизайнера. . Что-то взвинченное было бы слишком неэлегантно и не выглядело бы той частью, о которой, на мой взгляд, речь не идет. Я хочу построить приличный комплект, который будет надежным и технически выглядящим. Он также должен выглядеть как можно больше в стиле стимпанк, чтобы свести на нет использование консервных банок для запеченных бобов !!

Корпус турбины и компрессора

Газовая турбина, вид сверху: корпус выхлопной турбины слева и кожух колеса компрессора справа. Болт сверху предназначен для подачи масла на металлический подшипник вала турбины, это очень важная часть двигателя. Неподходящее масло или слишком низкое давление масла могут привести к выходу из строя подшипников, а это будет означать «прощай, Вена» для турбо!

Я очень нервничал из-за давления масла, поэтому решил сделать систему масляного насоса самостоятельно.

Невидимое отверстие для слива масла, которое находится непосредственно под впускным отверстием для масла.

Свеча накаливания

Свеча накаливания устанавливается снаружи камеры сгорания и используется для воспламенения топлива. Просто подайте 12 В + на верхнюю гайку и на металл камеры, и все готово, приятное ярко-красное свечение, чтобы горелка заревела. Обратите внимание, что потребляемый ток составляет несколько ампер, поэтому автомобильный аккумулятор будет хорошим источником питания 12 В, к тому же он довольно мобильный, если вам нужно запустить газовую турбину на улице, где нет сетевого питания. Мне также нужен автомобильный аккумулятор для запуска электродвигателя масляного насоса и, возможно, для запуска стартера, чтобы двигатель раскручивался, чтобы он мог поддерживать себя, хотя я еще не построил стартер.

Кажется, что многие люди используют воздуходувку для листьев, и это нормально, если она у вас есть. Я не пользуюсь этой идеей, и мне это не нравится. Быстро вращающийся 12-вольтовый электродвигатель кажется идеальным.

Впускной патрубок для топлива

В верхней части камеры сгорания находится штуцер для впуска топлива. Я разработал двигатель для работы на пропане, так как он легко доступен и его довольно легко зажечь. Я хотел бы использовать топливо для реактивных двигателей (парафин), но распыление жидкого топлива — это проект на более поздние годы, а не для этой версии двигателя, хотя я хотел бы получить запах реактивного топлива, когда он раскручивается.

Масляный насос со встроенным масляным баком

Масляный насос, куплен снова на e-bay. Это мотоциклетный шестеренчатый масляный насос от какого-то 500-кубового японского мотоцикла, старой классической модели CX500.
Он имеет сброс давления в бак, который удобен, если давление масла в подшипнике турбонаддува становится слишком высоким, тогда подпружиненный предохранительный клапан выпускает неиспользованное масло обратно в бак.

Обратите внимание, что на передней части бака есть смотровое стекло, которое показывает, насколько заполнен бак, а также внутренний термометр, чтобы я мог видеть, когда масло становится слишком горячим, кажется, что горячее масло является проблемой для самодельного такие газовые турбины, так что это может быть действительно полезно.

Слева заливная трубка, справа трубка обратки в бак от нижнего слива на подшипнике турбо. Обратите внимание, что двигатель должен быть правильно установлен, он еще не имеет гибкой муфты, а выходное отверстие для масла необходимо закрепить на насосе. Другие веб-сайты различаются в зависимости от рекомендуемого масла для использования, я могу выбрать масло для 2-тактных двигателей, так как любое просачивание масла из подшипников в камеру выхлопной турбины будет довольно хорошо сгорать.

Я планирую установить манометр (опять же с e-bay, 2,50 фунта стерлингов) где-нибудь на выходе давления масла и соединить порты давления и возврата масла с этим шлангом в оплетке из нержавеющей стали, это выглядит дорого, так что я могу не беспокоиться с этим.

Приводной конец масляного насоса

Показанный приводной конец масляного насоса нуждается в переходнике, сделанном для привода (откровенно говоря) крошечных лысок на приводном валу. Порт с левой стороны — это выход давления.

Не лучшая монтажная пластина, но саржевого вполне достаточно.

Приводной двигатель насоса

12-вольтовый двигатель Lucas, по-видимому, от небольшого фрезерного станка (используется для перемещения станины). Он может вращаться в обоих направлениях, так что это довольно полезная функция, так как я не уверен, в какую сторону должен вращаться вал, чтобы масло текло!

Необходимо изготовить приподнятый монтажный кронштейн и эластичную муфту для компенсации любого осевого смещения.

Двигатель насоса крупным планом

Двигатель вращается не так быстро, но имеет большой крутящий момент. Это был старый серводвигатель от фрезерного станка. 12V, так что хорошее напряжение для питания автомобильного аккумулятора. Это тоже обратимо, не то, чтобы мне нужно было его перевернуть. Я надеюсь, что скорости достаточно для привода масляного насоса, так как я понятия не имею, с какой скоростью насос должен вращаться, чтобы обеспечить достаточный поток масла!

Я думаю, что заменю двигатель, если поток будет слишком медленным, возможно, стоит сначала проверить насос с помощью электродрели, чтобы увидеть, какой поток я получаю и при каких оптимальных оборотах.

Индикатор уровня масла в баке

Индикатор уровня со встроенным термометром. 5 фунтов из блошиного отсека. Я подумал, что было бы хорошо знать уровень масла особенно.

Я считаю, что масло сильно нагревается, поэтому нужно следить за температурой. Я могу просто установить термопару, чтобы было легче ее контролировать.

Тип цифровой термопары K

Этот стоит 4 фунта стерлингов из Китая, от -30°C до +800°C работает от 12 В, кажется,
выгодно.

Для чего делают новые российские дизельные двигатели

Как и многие другие сферы экономики, дизелестроение пришло в упадок в 1990-е. Но постепенно эта отрасль начала возрождаться и создавать новые агрегаты, в том числе на альтернативных видах топлива

Кому нужны дизели

По данным аналитического агентства «Автостат», каждый десятый автомобиль в Москве ездит на дизельном двигателе. Но в некоторых регионах доля еще выше — например, на Чукотке она составляет 26,1% от всего регионального парка.

Автомобилистов привлекает в первую очередь экономичность в использовании топлива. Дизельные двигатели имеют КПД около 40–45%. Это ощутимо больше, чем в бензиновых, где показатель не превышает 30%, то есть две трети топлива сгорает, не превращаясь в механическую энергию.

Однако легковой автопром — далеко не главный потребитель дизельных двигателей. Их используют для тяжелой грузовой и промышленной техники, железнодорожных локомотивов, судов. Кроме того, дизельные агрегаты применяют в энергетике — например, на атомных станциях устанавливают резервные дизель-генераторы.

Дизели — это поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь смесь топлива и воздуха подвергается сильному сжатию, в результате разогревается и воспламеняется. Механизм отличается от бензиновых двигателей, где сжатая смесь топлива и воздуха поджигается электрической искрой.

Первым новый агрегат построил и описал немецкий инженер Рудольф Дизель в конце 1890-х годов. Уже тогда изобретение превосходило по КПД существующие двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и паровые турбины.

Разработкой заинтересовалась промышленность и энергетика, и спустя почти полтора века дизели по-прежнему пользуются спросом в этих отраслях. Помимо КПД, такие двигатели отличаются от бензиновых долговечностью и большим крутящим моментом, который тесно связан с показателями мощности.

Общий объем глобального рынка дизелей в 2020 году достиг $207 млрд, подсчитали в компании IMARC Group. Аналитики прогнозируют, что в ближайшие пять лет показатель вырастет почти до $265 млрд. По их словам, ситуацию определяет растущий спрос на коммерческие автомобили и машины большой грузоподъемности. Вдобавок рост автопрома и быстрая урбанизация, особенно в развивающихся странах, стимулируют создание эффективной энергетической инфраструктуры, а для этого тоже нужны дизель-генераторы.

В РФ есть устойчивый спрос на дизели, и он увеличивается с каждым годом. Причем, как отмечают эксперты, спрос растет как за счет развития промышленности и экономики, так и на фоне западных санкций, которые ограничивают поставки в Россию зарубежного оборудования.

Что случилось с рынком

Собственное двигателестроение было хорошо развито в СССР, но имело особенности, которые до сих пор влияют на состояние рынка. На создание и развитие отрасли были направлены серьезные ресурсы. Но планово-директивный тип ведения хозяйства привел к полному отсутствию внутренней конкуренции и безусловному «закреплению» видов и семейств двигателей внутреннего сгорания за производителями. По сути, каждый вид или семейство «принадлежали» одному предприятию и были для потребителей безальтернативны. Например, Челябинский тракторный и Алтайский моторный заводы делали дизели для тракторов, а завод «Звезда» — судовые.

Ситуация обострилась с переходом страны на рыночную экономику: большинство российских предприятий не смогли расширить портфолио и освоить новые для себя виды продукции. В итоге сегодня отечественные поставщики практически не конкурируют между собой. Зато конкуренция с иностранными производителями очень сильна, объясняет Денис Тарло, замгендиректора «ТМХ Энергетические решения». Эту компанию в прошлом году создал один из крупнейших участников рынка дизелей — «Трансмашхолдинг». В ней объединены компетенции по разработке и производству комплексных решений в области энергетики, прежде всего, транспортной.

В России пока выпускаются не все виды двигателей, которые нужны рынку. Но просто импортировать их — не лучшая идея, уверен директор Ассоциации развития поршневого двигателестроения России, профессор кафедры Э-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана Дмитрий Онищенко. Причем дело не только в санкциях, но и в экономике проектов.

В качестве примера он приводит легкий коммерческий транспорт. Сейчас на «Газели» ставят либо старые и немного модернизированные бензиновые моторы, спроектированные 60 лет назад, либо китайские агрегаты.

«С одной стороны, в этом ничего страшного нет. Но с другой, если посмотреть на структуру стоимости автомобиля, то примерно 30–40% приходится на энергетическую установку. То есть, устанавливая иностранный двигатель, мы большую часть добавленной стоимости, которая получается в результате продажи автомобиля, отдаем за рубеж», — подчеркивает Онищенко.

Как возрождают разработку и производство

Новые конструкции двигателей в России почти не создавались вплоть до 2010-х годов. Но при поддержке государства процесс постепенно возобновили, а для крупных отраслевых предприятий дизели стали одним из приоритетов. К примеру, общий объем инвестпрограммы с 2018 года по 2022 год составляет около ₽12 млрд. Эти деньги пошли в том числе на создание производств по выпуску топливной аппаратуры и эталонной линии сборки дизелей, участков для испытания двигателей.

По словам представителей ТМХ, основная задача сегодня — создать продукты, не уступающие иностранным, в тех целевых нишах, где традиционно присутствовали советские заводы. «Такой подход позволяет получить современную технику, удовлетворяющую требованиям потребителей, с минимальной или полностью отсутствующей зависимостью от заграницы, а также восполнить появившиеся в 1990-е пробелы в инженерной и производственной школах», — отмечает Денис Тарло.

Конечно, сейчас уже никто не собирается выпускать ту же продукцию, что советские предприятия. Речь идет о создании новых видов и семейств дизелей. Это двигатели внутреннего сгорания на различных видах топлива, силовые установки на водороде и агрегаты, в основе которых лежат электрохимические генераторы и системы накопления энергии. Они предназначены для тепловозов и судов, малой и атомной энергетики, нефтегазовой промышленности.

Часть новых двигателей рассчитана на газ. Он позволяет снизить объем вредных выбросов и повысить экологичность транспорта и производств. В ТМХ, в частности, уже создали новый двигатель-генератор 9ГМГ для маневровых локомотивов, которые используются на ж/д станциях и подъездных путях. Потенциально его можно применять не только на железной дороге, но и на электростанциях.

«Дизельные двигатели на газе использовались уже в начале прошлого века, никаких технических препятствий для этого нет», — уверен основатель компании «Болотин и партнеры «Индустриальный консалтинг» Михаил Болотин. Однако переход на газовое топливо будет не быстрым, прогнозирует он.

Откуда берутся кадры

Современный дизель — это намного более сложный и инновационный продукт по сравнению с теми моделями, которые считались продвинутыми 20 лет назад, говорит Онищенко из МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Чтобы создать его, необходимо привлечь огромное количество не только инженеров-конструкторов, но и специалистов в различных научных областях — по газовой и термодинамике, теплообмену, материаловедению. А для этого нужны большие ресурсы», — считает эксперт.

Дело осложняет тот факт, что наработки советской школы оказались частично утрачены, указывает Михаил Болотин. «Практически все отраслевые институты, которые занимались фундаментальными исследованиями, уже не существуют, многие превратились в офисные центры», — напоминает он.

По мнению Онищенко, отрасль действительно понесла кадровые потери, но нельзя сказать, что прошлые достижения совсем обнулены. «Мы общаемся с зарубежными коллегами из ведущих университетов мира, и могу сказать, что наша научно-инженерная школа точно не хуже, чем западные», — подчеркивает профессор «Бауманки».

В ТМХ профильные кадры, которые преимущественно готовит базовая кафедра «Двигатели внутреннего сгорания» Московского Политехнического университета, работают в Инжиниринговом центре двигателестроения, который создан на базе конструкторских подразделений компании. Именно здесь проектируют и испытывают новые продукты, в том числе двигатели на новых видах топлива.

Центр уже разработал несколько агрегатов для энергетического комплекса и новых модификаций дизель-генераторов для тепловозов. Сейчас инженеры занимаются созданием нового продукта — 16-цилиндрового двигателя мощностью 3,5 тыс. кВт. Он предназначен для перспективной разработки ТМХ — мощного локомотива 2ТЭ30. На базе этого двигателя в холдинге планируют создать газодизельный агрегат — он будет готов к концу 2022 года.

Что будет с отраслью дальше

Будущее отрасли эксперты связывают с развитием альтернативных источников энергии. Этот тренд опирается на все возрастающие требования к экологичности транспорта и производств.

«Уже сегодня широко распространены двигатели, работающие на газовом топливе, и двухтопливные двигатели. Особенно такие агрегаты востребованы в сфере малой энергетики», — говорит замгендиректора «ТМХ Энергетические решения» Денис Тарло. Он также подчеркивает, что для стационарных объектов использование газа даже выгоднее, чем на транспорте, поскольку ниже затраты на оборудование для подготовки и подачи газа и инфраструктуру для обеспечения топливом.

В дальнейшем компания планирует запустить производство поездов на водородных топливных элементах. Предполагается, что такой подвижной состав будут использовать для пассажирских ж/д перевозок на Сахалине. Потенциально на водород можно перевести и маневровые локомотивы — например, для работы в черте городов или на промышленных предприятиях.

Одновременно в ТМХ задумались и об установках на биодизельном топливе, которые позволяют обеспечить нулевой углеродный след.

«Перспективы развития связаны с переходом на экологически чистое синтетическое топливо, которое может быть получено из природного сырья — газа, нефти, торфа, продуктов жизнедеятельности или просто мусора. Москва генерирует 18 млн т отходов в год, и в них около 80% приходится на углеводороды. Если заправить этот мусор определенными бактериями, они сгенерируют грязный метан, который можно использовать для синтеза чистого топлива», — рассказывает Дмитрий Онищенко.

В то же время он уверен, что обычные дизели тоже не уйдут из-под капотов автомобилей и с предприятий. «Несмотря на все новые тренды, дизельные двигатели будут иметь свою нишу, — согласен Михаил Болотин.  — Они обладают важным преимуществом — это большой крутящий момент. Для многих силовых установок это является основным критерием».

ЕС запрещает двигатели внутреннего сгорания

Автор фото: Vostock-photo

18:1327 мая 2021

55961просмотров

18:1327 мая 2021

Звучит фантастически и утопически, но Евросоюз на полном серьёзе решил окончательно отказаться от двигателей внутреннего сгорания. Впрочем, такая норма если и окажется возможной, то только для личного автотранспорта.

Промышленность требует сроков

Девять стран Евросоюза обратились к руководству Еврокомиссии с настойчивой просьбой очень чётко и конкретно обозначить дату, с момента которой в сообществе станет запрещено торговать бензиновыми и дизельными автомобилями. Эта просьба спровоцирована постоянными новыми требованиями в ЕС к снижению выбросов CO2. Бизнес, в первую очередь автомобилестроение, хочет чётко понимать, где та красная черта, после которой двигатели внутреннего сгорания станут в принципе историей. И соответствующе подготовиться.

Считается, что именно отрасль автомобилестроения, вернее, продукция, которая выпускается, ответственна за четверть всех выбросов диоксида углерода. Огласить чёткую дату попросили Дания и Нидерланды, а их поддержали Австрия, Бельгия, Греция, Ирландия, Литва, Люксембург и Мальта.

ЕК просят определить поэтапное снижение производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и график перехода отрасли на сборку транспортных средств, нейтральных к климату.

«Отсылая чёткие сигналы со стороны законодателей, мы должны подтолкнуть переход транспорта к экологическим решениям, таким образом создавая для сектора условия по поддержке перехода к транспортным средствам, не загрязняющим окружающую среду», — поясняет министр по проблемам климата и энергетики Дании Дан Йёргенсен.

Сплошь электрокары — до 2030 года

Главным документом должен стать новый свод стандартов выбросов диоксида углеродов в автомобильной отрасли. Главной целью названо снижение парникового эффекта на 55% до 2030 года и полностью нейтрализация влияния на экологию экономической деятельности человека к 2050 году. До этого декларировалась цель сократить последствия парникового эффекта на 40%. Значительное ужесточение условий и стало поводом для обращения девяти стран в ЕК.

По словам госсекретаря Нидерландов, ответственную за развитие инфраструктуры Стьенте ван Велдховен, если действительно реализовать поставленные задачи, то, учитывая срок эксплуатации легковых автомобилей в ЕС, полностью прекратить производить транспорт с двигателями внутреннего сгорания необходимо уже к 2030 году. Тогда к 2050 году такие машины будут раритетами, пишет Bloomberg.

Тем временем большинство автопроизводителей уже готовятся к полному переходу на сборку исключительно электромобилей. Volkswagen декларирует, что к 2030 году 70% всех произведённых автомобилей будут передвигаться исключительно на электричестве. В свою очередь, Volvo, Jaguar, Ford of Europe, Bentley и ещё несколько концернов объявили, что к этому сроку в их линейке не останется ни одного легкового транспортного средства с двигателями внутреннего сгорания.

В Великобритании на законодательном уровне до 2030 года собираются запретить торговлю новыми авто с бензиновыми и дизельными двигателями. Как уже ранее писал «Деловой Петербург», в последнем квартале 2020 года впервые в истории ЕС количество продаж электромобилей перевалило за один миллион единиц. При этом популярность транспорта с двигателями внутреннего сгорания упала аж на 37%. Продажи транспортных средств на электроэнергии в последнем квартале 2020 года подросли на 262,8%, а в Германии и вовсе на 500%.

Дешёвых «китайцев» на рынок не пускают

Однако переход на автотранспорт, дружественный окружающей среде, ещё в самом начале пути. В первом квартале этого года доля продаж электромобилей в ЕС составляла 5,7% от продаж всех новых авто.

Главным вызовом остаётся создание инфраструктуры и цена, которая сегодня значительно выше, чем автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. И это несмотря на огромные дотации государств. Конечную стоимость снизить можно, уверены эксперты автоиндустрии. Например, китайский Wuling Hongguang Mini EV — сейчас эта малютка не только самый дешёвый, но и самый покупаемый электромобиль в мире. За счёт населения Китая, разумеется. Но этой марке въезд в ЕС запрещён по причине несоответствия стандартам.

В ЕС местные умельцы её уже переделали. Для того чтобы это транспортное средство стало легальным в Евросоюзе, пришлось внести некоторые изменения. Появился электродвигатель, произведённый в Германии, появился новый аккумулятор, который производят в Польше. А для того чтобы обеспечить безопасность, необходимо было оборудовать подушку безопасности. Её также произвели в Германии. А адаптировали всё литовцы, которые присвоили новому электромобилю имя Nicrob Freze. В честь русского изобретателя, кстати. Фрезе — это фамилия инженера Петра Алексеевича Фрезе, соавтора первого серийного российского автомобиля. Стоить такой автомобиль в ЕС будет 14 тыс. евро, из которых 4 тыс., надеются разработчики, компенсируют государства ЕС, в которых его выставят на продажу. Конечные 10 тыс. евро — очень заманчивая цена для западных европейцев, для которых такие малютки служат экологически чистой альтернативой в городском трафике. Особенно из-за льгот — уже сейчас во многих городах ЕС въезд в центр разрешён только электротранспорту, где-то парковки бесплатные, выделяются отдельные полосы приоритета, которые гарантируют, что не проведёшь драгоценное время в пробках.

Словом, учитывая всё это вместе, перспектива отказа от двигателей внутреннего сгорания в ЕС не выглядит далёкой фантастикой. Оглянуться не успеешь, а электромобиль за короткий срок вытеснит традиционные авто, как в своё время мобильные телефоны — обычные стационарные.

Лента новостей

Только бизнес новости

Показать ещё

Автопром

Революция в автоиндустрии ЕС: миллионы работников сменят квалификацию

Самое читаемое

1.СМИ: Абрамович на своём самолёте угостил освобождённых британских наёмников стейком

2.Спасение в работе: в Петербурге появились вакансии с бронью от мобилизации

3. Минобороны назвало список отраслей с бронью от частичной мобилизации

определение. Двигатель внутреннего сгорания: характеристики, схема

Не будет преувеличением сказать, что большинство самодвижущихся устройств сегодня оснащены двигателями внутреннего сгорания разнообразных конструкций, использующими различные принципиальные схемы работы. Во всяком случае, если говорить об автомобильном транспорте. В данной статье мы рассмотрим более подробно ДВС. Что это такое, как работает данный агрегат, в чем его плюсы и минусы, вы узнаете, прочитав ее.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Главный принцип работы ДВС основан на том, что топливо (твердое, жидкое или газообразное) сгорает в специально выделенном рабочем объеме внутри самого агрегата, преобразуя тепловую энергию в механическую. Рабочая смесь, поступающая в цилиндры такого двигателя, подвергается сжатию. После ее воспламенения при помощи специальных устройств возникает избыточное давление газов, заставляющих поршни цилиндров возвращаться в исходное положение. Так создается постоянный рабочий цикл, преобразующий при помощи специальных механизмов кинетическую энергию в крутящий момент.

На сегодняшний день устройство ДВС может иметь три основных вида:

• двухтактный двигатель, часто называемый легким;
• четырехтактный силовой агрегат, позволяющий добиться более высоких показателей мощности и значений КПД;
• газотурбинные установки, обладающие повышенными мощностными характеристиками.

Помимо этого существуют и другие модификации основных схем, позволяющие улучшить те или иные свойства силовых установок данного вида.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

В отличие от силовых агрегатов, предусматривающих наличие внешних камер, ДВС обладает значительными преимуществами. Главными из них являются:

• гораздо более компактные размеры;
• более высокие показатели мощности;
• оптимальные значения КПД.

Необходимо заметить, говоря о ДВС, что это такое устройство, которое в подавляющем большинстве случаев позволяет использовать различные виды топлива. Это может быть бензин, дизельное топливо, природный или сжиженный газ, керосин и даже обычная древесина. Такой универсализм принес данной принципиальной схеме двигателя заслуженную популярность, повсеместное распространение и поистине мировое лидерство.

Краткий исторический экскурс

Принято считать, что двигатель внутреннего сгорания ведет отсчет своей истории с момента создания французом де Ривасом в 1807 году поршневого агрегата, использовавшего в качестве топлива водород в газообразном агрегатном состоянии. И хотя с тех пор устройство ДВС подверглось значительным изменениям и модификациям, основные идеи этого изобретения продолжают использоваться и в наши дни.

Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания увидел свет в 1876 году в Германии. В середине 80-х годов XIX столетия в России был разработан карбюратор, позволявший дозировать подачу бензина в цилиндры мотора. А в самом конце позапрошлого века знаменитый немецкий инженер Рудольф Дизель предложил идею воспламенения горючей смеси под давлением, что существенно повышало мощностные характеристики ДВС и показатели КПД агрегатов подобного вида, которые до этого оставляли желать много лучшего. С тех пор развитие двигателей внутреннего сгорания шло в основном по пути улучшения, модернизации и внедрения разнообразных улучшений.

Основные виды и типы ДВС

Тем не менее более чем 100-летняя история агрегатов данного вида позволила разработать несколько основных видов силовых установок с внутренним сгоранием топлива. Они отличаются между собой не только составом используемой рабочей смеси, но и конструктивными особенностями.

Бензиновые двигатели

Как явствует из названия, агрегаты данной группы используют в качестве топлива различные виды бензина. В свою очередь, такие силовые установки принято подразделять на две большие группы:

• Карбюраторные. В таких устройствах топливная смесь перед поступлением в цилиндры обогащается воздушными массами в специальном устройстве (карбюраторе). После чего происходит ее воспламенение при помощи электрической искры. Среди наиболее ярких представителей данного типа можно назвать модели ВАЗ, ДВС которых очень долгое время был исключительно карбюраторного типа.
• Инжекторные. Это более сложная система, в которой впрыск топлива в цилиндры осуществляется посредством специального коллектора и форсунок. Он может происходить как механическим способом, так и посредством специального электронного устройства. Наиболее продуктивными считаются системы прямого непосредственного впрыска «Коммон Рейл». Устанавливаются почти на все современные автомобили.

Инжекторные бензиновые двигатели принято считать более экономичными и обеспечивающими более высокий КПД. Однако стоимость таких агрегатов намного выше, а обслуживание и эксплуатация – заметно сложнее.

Дизельные двигатели

На заре существования агрегатов подобного вида очень часто можно было слышать шутку о ДВС, что это такое устройство, которое ест бензин, как лошадь, а движется намного медленнее. С изобретением дизельного двигателя эта шутка частично потеряла свою актуальность. Главным образом потому, что дизель способен работать на топливе гораздо более низкого качества. А значит, и на гораздо более дешевом, нежели бензин.

Главным принципиальным отличием дизельного двигателя внутреннего сгорания является отсутствие принудительного воспламенения топливной смеси. Солярка впрыскивается в цилиндры специальными форсунками, а отдельные капли топлива воспламеняются из-за силы давления поршня. Наряду с преимуществами дизельный двигатель обладает и целым рядом недостатков. Среди них можно выделить следующие:

• гораздо меньшая мощность по сравнению с бензиновыми силовыми установками;
• большими габаритами и весовыми характеристиками;
• сложностями с запуском при экстремальных погодных и климатических условиях;
• недостаточной тяговитостью и склонностью к неоправданным потерям мощности, особенно на сравнительно высоких оборотах.

Кроме того, ремонт ДВС дизельного типа, как правило, гораздо более сложен и затратен, нежели регулировка или восстановление работоспособности бензинового агрегата.

Газовые двигатели

Несмотря на дешевизну природного газа, используемого в качестве топлива, устройство ДВС, работающих на газе, несоизмеримо сложнее, что ведет к существенному удорожанию агрегата в целом, его монтажа и эксплуатации в частности. На силовых установках подобного типа сжиженный или природный газ поступает в цилиндры через систему специальных редукторов, коллекторов и форсунок. Воспламенение топливной смеси происходит так же, как и в карбюраторных бензиновых установках, – при помощи электрической искры, исходящей от свечи зажигания.

Комбинированные типы двигателей внутреннего сгорания

Мало кто знает о комбинированных системах ДВС. Что это такое и где применяется?Речь идет, конечно же, не о современных гибридных автомобилях, способных работать как на горючем, так и от электрического мотора. Комбинированными двигателями внутреннего сгорания принято называть такие агрегаты, которые объединяют в себе элементы различных принципов топливных систем. Наиболее ярким представителем семейства таких двигателей являются газодизельные установки. В них топливная смесь поступает в блок ДВС практически так же, как и в газовых агрегатах. Но поджиг горючего производится не при помощи электроразряда от свечи, а запальной порцией солярки, как это происходит в обычном дизельном моторе.

Обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на достаточно широкое разнообразие модификаций, все двигатели внутреннего сгорания имеют аналогичные принципиальные конструкции и схемы. Тем не менее, для того чтобы качественно осуществлять обслуживание и ремонт ДВС, необходимо досконально знать его устройство, понимать принципы работы и уметь определять неполадки. Для этого, безусловно, необходимо тщательно изучить конструкцию двигателей внутреннего сгорания различных типов, уяснить для себя назначение тех или иных деталей, узлов, механизмов и систем. Дело это непростое, но очень увлекательное! А главное, нужное.

Специально для пытливых умов, которые желают самостоятельно постичь все таинства и секреты практически любого транспортного средства, примерная принципиальная схема ДВС представлена на фото выше.

Итак, мы выяснили, что собой представляет данный силовой агрегат.

Открытый урок по физике в 8-м классе «Двигатель внутреннего сгорания»

Тема: Двигатель внутреннего сгорания.

Цели:

1. Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания.

2. Рассмотреть историю развития тепловой машины, экологические проблемы и перспективы развития.

3. Совершенствовать навыки работы с оборудованием. Формировать умение делать выводы о проведенных экспериментах. Развивать умение общаться друг с другом.

Оборудование:

1. Модель ДВС.

2. Фото автомобилей, мотоциклов, самолетов, катеров.

3. Карточки с заданиями для групп.

4. Презентация к уроку. (Приложение 1)

План урока:

1. Орг. момент.

2. Проверка знаний. Работа газа и пара при расширении.

3. Новый материал: двигатель внутреннего сгорания.

4. Закрепление изученного. Работа в группах.

5. Рефлексия. Подведение итогов.

6. Домашнее задание.

Ход урока

1. Учитель: Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания». Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере на примере двигателя внутреннего сгорания; рассмотреть историю развития тепловой машины; экологические проблемы и перспективы развития.

Форма нашего урока будет не совсем обычной. Это будет урок-игра «Конструкторское бюро». Для этого из всех учащихся класса были сформированы четыре группы, которые в течение урока будут выполнять различные задания. Когда задание выполнено, группа поднимает руку. Каждая команда будет иметь возможность высказаться. Названия команд: «Теоретики», «Испытатели», «Менеджеры», «Экологи», в каждой команде около 5 человек.

2. А сейчас проверим, насколько вы уяснили прошлый материал, а заодно и то, как подготовились к уроку. Команды получают задания на карточках.

Карточка №1

Какие двигатели называют тепловыми? Какие виды тепловых двигателей вам известны?

Карточка №2

Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию тела?

Карточка №3

Зачеркните лишнее словосочетание: тепловой двигатель, работа газа, превращение энергии, Джеймс Уатт, Лев Толстой, отражение света.

Карточка №4

Разгадайте кроссворд.

Кто выполнил задание – отвечает. По одному представителю о группы.

3. Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать её запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – значит, совершить за счёт неё полезную работу. Послушаем краткую историю создания тепловых машин (выступление учащегося):

История ДВС

В 1860 Г француз Э. Ленуар построил устройство, в котором горючее сжигалось внутри самого устройства. Модель была несовершенная, КПД не превышал 3 %.

Спустя 18 лет немецкий изобретатель Отто создал двигатель внутреннего сгорания, который работал по четырёхтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили наибольшее распространение.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем построили в 1886 году под руководством немецкого инженера Даймлера. Большая роль в развитии автомобилестроения принадлежит Генри Форду, который в начале 20 века начал выпуск автомобилей с конвейера. В России первые автомобили начали строить в начале 20 века.

Учитель: Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. В настоящее время наибольшее распространение имеют двигатели внутреннего сгорания. Остановимся на них.

В ДВС топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания. Работают они на жидком топливе или горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединённый при помощи шатуна с коленчатым валом (проследим по модели ДВС).

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через первый клапан (впускной) поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи, а через второй клапан (выпускной) выпускаются отработанные газы.

В цилиндре периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха (температура достигает 16000 — 18000С). Давление на поршень резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мёртвой точки до другой, называют ходом поршня. Ход поршня называют ещё тактом. Поэтому двигатель называют четырёхтактным.

Такты двигателя внутреннего сгорания: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Не во всех двигателях есть свеча для воспламенения смеси. Послушаем сообщение учащегося о двигателе Дизеля:

Двигатель Дизеля

Немецкий инженер Р. Дизель в 1897 г. изобрёл двигатель, в котором сжимали воздух и в момент максимального сжатия в камеру сгорания при помощи форсунки делали впрыск топлива. Далее раскалённые газы перемещали поршень, и происходило преобразование внутренней энергии в механическую. В двигателе внутреннего сгорания есть карбюратор, при помощи которого образуется горючая смесь (смесь бензина с воздухом). В двигателе Дизеля нет карбюратора.

КПД дизельных двигателей достигает 35 – 44 %, а у двигателя внутреннего сгорания КПД не превышает 25 – 32 %. Дизельные двигатели нашли широкое применение в тракторах, большегрузных машинах, на кораблях, передвижных электростанциях.

Учитель: При использовании для своих нужд тепловых двигателей человек сталкивается с экологическими проблемами (сообщение учащегося):

Как влияют тепловые двигатели на окружающую среду?

При работе тепловых двигателей для охлаждения используется окружающая среда (атмосферный воздух и вода открытых водоемов), в результате чего происходит повышение температуры окружающей среды, называемое «тепловым загрязнением». Этот эффект усиливается тем, что при сгорании огромного количества топлива повышается концентрация углекислого газа в земной атмосфере. А при большой концентрации углекислого газа атмосфера плохо пропускает тепловое излучение нагретой Солнцем поверхности Земли, что приводит к «парниковому эффекту».

В результате описанных процессов, средняя температура на Земле в течение последних десятилетий неуклонно повышается. Это грозит глобальным потеплением с нежелательными последствиями, к числу которых относятся таяние ледников и подъем уровня мирового океана.

Кроме того, при сжигании топлива в тепловых двигателях расходуется атмосферный кислород (в наиболее развитых странах тепловые двигатели уже сегодня потребляют больше кислорода, чем вырабатывается всеми растениями, растущими в этих странах) и образуется много вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Тепловые машины не только сжигают кислород, но и выбрасывают в атмосферу углекислый газ, угарный газ, различные виды сернистых соединений, а также соединения тяжелых металлов. Сгорание топлива в топках промышленных предприятий и тепловых электростанций почти никогда не бывает полным, поэтому происходит загрязнение воздуха золой, хлопьями сажи. Во всем мире обычные энергетические установки выбрасывают в атмосферу ежегодно более 200 млн. т золы и более 60 млн. т оксида серы.

Кроме промышленности, воздух загрязняют и различные виды транспорта, прежде всего автомобильный. Жители больших городов задыхаются от выхлопных газов автомобильных двигателей.

Такие виды топлива, как нефть, уголь, газ являются невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 45 — 70 лет человечество столкнётся с проблемой нехватки традиционных видов топлива.

Учитель: У вас на столах лежат конверты с заданиями, которые сейчас необходимо сделать.

Конверт №1

На изображении ДВС подписать его устройство.

Конверт №2

Даны рисунки всех тактов ДВС. Необходимо наклеить эти рисунки в правильном порядке и подписать названия тактов.

Конверт №3

По предложенному тексту выписать пути преодоления экологических проблем. (Приложение 2)

№4.2

Из готового текста выбрать профессии, связанные с использованием ДВС.

Врач, механик-водитель, машинист тепловоза, дизелист, автогонщик, учитель.

Группы, выполнившие задания, выдвигают по одному представителю для выступления.

1. Подведем итог урока. Что мы изучили сегодня? Из чего состоит ДВС? Назовите такты работы двигателя. Выставить оценки за урок.
2. Домашнее задание: параграф 22 — учить.

Что стоит за запретом двигателей внутреннего сгорания в ЕС

Великобритания и Франция первыми в Европе объявили о намерении с 2040 года запретить продажи новых машин с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине и дизельном топливе. Ряд городов во всей Европе — включая Мюнхен, родину BMW! — рассматривают возможность введения запрета на эксплуатацию авто на «дизеле». Volvo заявляет о том, что уже с 2019 года будет выпускать только гибриды и электроавтомобили. Доля регистраций дизельных машин в 2016 году в ЕС впервые за десятилетия упала ниже 50%, а рост продаж электромобилей и гибридов превышает 50%.

Все эти новости вместе и каждая по отдельности создают ощущение наступления европейского конца света для отдельно взятых двигателей внутреннего сгорания (особенно — дизелей). Однако похоже, что в этой истории шума больше, чем смысла, а цифры рассказывают историю, отличную от заявлений политиков. Разбираемся, что же происходит на самом деле.

Проблемы европейского «дизеля» начались в США

Дизельные двигатели в их современном виде — детище, в основном, немецкого автопрома. На рынках США и Азии таких машин сравнительно немного, но в Западной Европе доля «дизелей» десятилетиями превышала 50%. На легковых автомобилях «дизель» появился не от хорошей жизни — нужда заставила. Точнее, спрос на экономичные двигатели для автомобилей среднего и премиум-класса, которые за свою жизнь наматывают по немецким дорогам сотни тысяч километров (и только в Латвии продаются с пометкой «пробег 150 тысяч, дедушка по воскресеньям в церковь ездил»). В США, где бензин всегда был в разы дешевле, нужды в таких двигателях никогда не возникало.

Тем не менее, за весь тот шум, который сейчас в Европе происходит вокруг дизельных двигателей, во многом несут ответственность именно США. Именно там в 2014 году обнаружилось, что дизельные двигатели Volkswagen способны работать в двух режимах — обычном и для тестов. Обыкновенный программный переключатель, ничего хитрого. В «тестовом» режиме двигатель был более «чистым» и позволял производителю уложиться в жесткие американские нормы по выбросу двуокиси азота. Исследователи из Университета Вирджинии решили протестировать чистоту выхлопа дизельного авто в движении — и уличили Volkswagen в обмане.

За последующие четыре года расследования в США и Европе показали, что такие «переключатели» в свои дизельные двигатели установили если не все, то очень многие европейские автопроизводители. То есть индустрия массово обманывала регулирующие органы в течение десятилетия. Сговор был оформлен еще в 2006 году (BMW и Daimler официально опровергли любую свою причастность).

Параллельно с этим, в последние годы резко выросло число исследований того, как двуокись азота, которую активно генерирует дизель, влияет на здоровье человека. Оказалось — плохо влияет. Ее связали, в частности, с развитием астмы и других заболеваний дыхательной системы. К середине 2016 года стало окончательно ясно, что дизельные двигатели более «чистые» и экономичные — это хорошо для природы в целом. Но они более вредны для здоровья человека.

Европейские автопроизводители сами себя перехитрили — рекламируя дизельные двигатели как «чистые» и «полезные» и занижая при этом показатели выхлопа они лишили себя возможности защищаться с цифрами в руках. Вот многие европейские политики теперь винят дизель во всех смертных грехах и не худо бы его запретить — а возразить индустрии на это нечего.

Что не так с запретом двигателей внутреннего сгорания

За последние девять месяцев в новостях то и дело появляются сообщения о том, что какой-то рассматривает возможность ограничить на использование старых дизельных машин. Кто-то — как многие немецкие города — в центре, кто-то — как Великобритания на этой неделе — на ряде пригородных и городских шоссе и магистралях.

Но важно понимать — это пока только разговоры, причем очень велик шанс, что разговорами все и ограничится. Ни один европейский город пока не оформил подобный запрет. Непонятно, как его технически реализовать. Самым правдоподобным выглядит вариант об отслеживании старых «дизелей» по номерам машин — но далеко не во всех европейских городах, даже крупных, стоят системы считывания номеров при въезде в определенные зоны.

Еще один довод в пользу того, что разговоры останутся разговорами — идею не поддерживает Еврокомиссия. В распоряжении Reuters оказалось письмо, которое ЕК разослала в транспортные министерства стран ЕС, в котором предупреждает об опасности подобных запретов. В ЕК считают, что запрет вообще ничего не решит, а только навредит и потребителям, и производителям, и работникам, занятым в индустрии. А это, между прочим, 12,6 млн. человек или 5,7% от всех работающих в Европе (данные за 2015 год). В ЕК также указывают на то, что навредив индустрии, города не ускорят, а замедлят ее переход на гибриды и электроавтомобили — меньше денег на исследования, меньше инвестиций.

Есть мнение, что на Еврокомиссию давят лоббисты автомобильной индустрии. Однако ее доводы как-то удивительно созвучны здравому смыслу.
Другое дело — запреты не сегодня, а когда-нибудь потом. С этим у Еврокомиссии нет никаких проблем. И Великобритания, и Франция уже анонсировали такие планы — с 2040 года запретить продажу новых авто с двигателями внутреннего сгорания. Причем эти планы на национальном уровне, то есть будут касаться всех городов страны. Другие страны Западной Европы тоже думают в этом направлении.

Однако важно понимать, что такие планы связаны с «дизельгейтом» опосредованно и продиктованы скорее необходимостью уложиться в жесткие обязательства по выбросам углекислого газа, взятыми странами в рамках Парижских соглашений по климату. «Дизельгейт» просто удачно подвернулся под руку — прикрываясь им и заботой о здоровье граждан, можно протащить под шумок не слишком популярную (особенно во Франции с развитой автоиндустрией) меру.

К тому же, 2040 год — это ну очень отдаленная перспектива. За 23 года сменится ни одно правительство и будут разработаны новые технологии. Достаточно посмотреть на любую 20-летнюю машину и сравнить ее с новым авто… Это просто разные эпохи. Вполне вероятно, что в 2040 году будет довольно бессмысленно запрещать машины на ДВС — просто потому, что их уже почти никто не будет делать.

Электромобили. Будут одни только электромобили

Ключевая «проблема» всех разговоров о наступающем конце эпохи двигателей внутреннего сгорания вообще и смерти дизеля, в частности, заключается в том, что они очень плохо подтверждаются цифрами регистрации новых автомобилей в Западной Европе.

Факт номер один — доля новых дизельных машин на европейском рынке начала снижаться еще в 2012 году, то есть за два года до «дизельгейта». В конце 2012 года она составляла 57%, в конце 2016 — 49,5%, но это падение было достаточно плавным. Да, спад ускорился в последние годы, но все это происходит в рамках многолетнего тренда, а не так, как это любят рисовать алармисты и противники дизельных двигателей. По мнению LMC Automotive, главный «убийца дизеля» — малолитражный бензиновый турбомотор. Он тихий, достаточно мощный для города, экономичный: то, что нужно для малолитражки. За последние пять лет такие двигатели действительно совершили качественный скачок.

Факт номер два — долю дизеля в последние два года «съедают» не электромобили и гибриды, а бензиновые двигатели.

Факт номер три — новые машины на дизельном топливе по-прежнему самые популярные в Западной Европе. Да, доля дизеля упала до 49,93% в конце 2016 года, однако доля бензиновых двигателей составляет 45,76%. Возможно, по результатам этого года все изменится, но пока цифры говорят то, что говорят.

Факт номер четыре — машины на «альтернативном» топливе занимают лишь 4,31% рынка новых авто, при этом половина из них работает на газе. На электромобили и гибриды приходится менее 2% новых регистраций. Да, в первом квартале 2017 года они демонстрируют солидный рост (электромобили +29,9%, гибриды +61,2%), но в абсолютных цифрах их продажи все еще смешны: менее 200 тысяч новых авто за квартал в 15 странах Западной Европы. К тому же один квартал — не показатель, так как в автомобильном бизнесе велики сезонные колебания.

Тем не менее, очевидно, что за электромобилями или хотя бы гибридами будущее. Технологии в этой сфере развиваются стремительно: например, Volvo уже сейчас обещает, что с 2019 года все ее машины будут или электромобилями, или гибридами. При этом на данный момент концерн не выпустил еще ни одного «чистого» электромобиля.

Электромобили не остановит ничто, даже рассуждения о том, что «электроэнергии не хватит». Согласно прогнозам, даже полный переход на электромобили увеличит электропотребление всего лишь на смешные 5%. И одновременно уронит потребление нефти на 8 млн. баррелей в день. Вопрос лишь в том, как быстро произойдет этот переход. Пока, как бы ни шумели политики всех уровней, упрямые европейские потребители продолжают голосовать евро за старый добрый дизель.

описание, виды, устройство, работа ,фото, видео

Nevada 1976Двигатель: описание, виды, устройство, работа ,фото, видео 0 Comment

Содержание статьи

Двигатель является главной системой в любом транспортном средстве. Этот компонент автомобиля можно сравнивать с сердцем человека, то есть, человек умрет без сердца – так же и автомобиль без двигателя. Двигательная система отвечает за преобразование топливной энергии в механическую энергию, которая впоследствии выполняет полезную работу. Сегодня в качестве энергии может выступать энергия сгорания топлива, электрическая энергия и т.д. Источник энергии всегда находится в автомобили. Он должен пополняться через определенный промежуток времени, чтобы автомобиль мог в итоге передвигаться. Так, механическая энергия передается на ведущие колеса от двигателя. Эта передача обычно осуществляется при помощи трансмиссии.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации. Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется  большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше. На рисунке обозначены следующие элементы:

A – распределительный вал. B – крышка клапанов. C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания. D – отверстие для выхода отработанных газов. E – головка блока цилиндра. F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз. G – корпус двигателя. H – маслосборник. I – поддон. J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением. K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь. L – отверстие для впуска топливной смеси. M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал. O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала. P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля. Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле. 

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

• Паровая машина
• Бензиновый двигатель
• Карбюраторная система впрыска
• Инжектор
• Дизельные двигатели
• Газовый двигатель
• Электрические моторы
• Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

1. Если говорить о преимуществах двигателей внутреннего сгорания, то на первое место выйдет удобство для пользователя. За столетие бензиновой эпохи мы обросли сетью АЗС и даже не сомневаемся, что всегда будет возможность заправить машину и ехать дальше. Есть риск не встретить заправочную станцию – не беда, можно взять с собой бензин в канистрах. Именно инфраструктура делает использование ДВС таким комфортным.
2. С другой стороны, заправка двигателя топливом занимает пару минут, проста и доступна. Залил бак – и едь себе дальше. Это не идет ни в какое сравнение с подзарядкой электромобиля.
3. Способность служить долго при грамотном обслуживании – то, чем могут похвастаться знаменитые двигатели-миллионники. Регулярное своевременное ТО способно сохранить работоспособность мотора на очень долгий срок.
4. И, конечно, не будем забывать про милый сердцу рев мощного мотора. Настоящий, честный, совершенно не похожий на озвучку современных электрокаров. Не зря же некоторые автоконцерны специально настраивали звук двигателей своих машин.

Какой же основной недостаток у ДВС?

1. Конечно, это низкий КПД — в пределах 20-25%. Самый высокий на сегодняшний день показатель КПД среди ДВС – 38%, который выдал двигатель Toyota VVT-iE. По сравнению с этим электромоторы смотрятся гораздо выигрышней, особенно с системами рекуперативного торможения.
2. Второй значительный минус – это общая сложность всей системы. Современные двигатели давно перестали быть такими «простачками», как описывается в схеме классического ДВС. Наоборот, требования к моторам становятся всё выше, сами моторы – более точными и сложными, появляются новые технологии и инженерные решения. Всё это дополнительно усложняет конструкцию двигателя, и чем она сложней, тем больше в ней слабых мест.

Так что, если раньше сосед дядя Вася перебирал двигатель своей «копейки» самостоятельно, но на новеньких современных машинах вряд ли кто-то полезет в тонкую систему ДВС без специального оборудования и инструментов.

И, наконец, нефтяная эра сама по себе отходит в прошлое. Не зря же растут требования к экологической безопасности транспорта, а заодно и эффективность солнечных батарей. Да, бензиновые и дизельные моторы еще не скоро исчезнут с улиц, но уже Европа борется за внедрение электромобилей, благодаря которым человечество когда-нибудь забудет слово «бензиновый смог».

Неполадки двигателя

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:
 
Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:
 

• У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
• У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
• Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
• Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

 
Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

• Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
• Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
• В цилиндре имеются повреждения.

 Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.
 
Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта
 
Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

• При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
• При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
• Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

• Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
• Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
• Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
• Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
• Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
• В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

Клапанный механизм и система зажигания двигателя

Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.
 
Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.
 

Рисунок 5. Распредвал
 
В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана.

 Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название «двухраспредвальный вид головки». Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает распредвал».
 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает автомобильная система зажигания».
 

Рисунок 6. Система зажигания
 
В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
 
Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

• Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
• Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
• Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
• А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

• При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
• В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

Изобретатель фотографии также изобрел первый двигатель внутреннего сгорания!

Французский изобретатель Жозеф Нисефор Ньепс родился сегодня, 7 марта 1765 года, в Шалон-сюр-Сон, Сона и Луара, где его отец был богатым адвокатом. У него был старший брат Клод, сестра и младший брат Бернар.

Он создал первые настоящие фотографии, но с помощью своего брата Клода он также изобрел первый двигатель внутреннего сгорания.

Ньепс получил католическое духовенство. Во время учебы в семинарии он решил принять имя Никефор в честь святого Никифора, патриарха Константинопольского в IX веке.

Учеба в семинарии научила его экспериментальным методам в науке, и, применяя их, он быстро добился успеха и в конце концов стал профессором колледжа.

Поскольку его семью подозревали в симпатиях к роялистам, Ньепс бежал во время Французской революции, но вернулся, чтобы служить во французской армии в качестве штабного офицера при Наполеоне Бонапарте в 1791 году, и несколько лет служил в Италии и на острове Сардиния, пока не заболел брюшным тифом в 1794.

Он удалился в Ниццу, где женился и женился на Агнес Ромеро, стал активным участником местной политики в качестве администратора района Ниццы. Но всего через год Ньепс ушел в отставку.

В 1801 году он поселился недалеко от своего родного города Шалон-сюр-Сон вместе со своим братом Клодом, чтобы продолжить свои научные исследования и воссоединиться с матерью, сестрой и младшим братом Бернаром.

Здесь они управляли родовым поместьем как независимые состоятельные господа-фермеры, выращивая свеклу и производя сахар.

С помощью своего семейного состояния Ньепс экспериментировал самостоятельно. В 1807 году он и Клод изобрели первый в мире двигатель внутреннего сгорания, который они назвали «пиролофор», объяснив это тем, что это слово произошло от комбинации греческих слов, означающих «огонь», «ветер» и «я произвожу». ”

Двигатель работал на контролируемых взрывах порошка ликоподия и был установлен на лодке, курсировавшей по реке Сона.

Император Наполеон Бонапарт в конце концов выдал им патент в том же году после того, как ему была показана его способность приводить в движение лодку вверх по течению реки во Франции.

Если этого было недостаточно, десять лет спустя братья первыми в мире заставили двигатель работать с системой впрыска топлива.

Жозеф Нисефор Ньепс не был закончен. В 1820-х годах он увлекся методом печати литографии, при котором изображения, нарисованные на камне, можно было воспроизвести с помощью чернил на масляной основе.

Примерно в 1825 году, в поисках других способов создания изображений, из высокого окна студии своего поместья Ле Гра в Сен-Лу-де-Варенн, Франция, Ньепс установил устройство, называемое камерой-обскурой, которое снимало и проецировало сцены, освещенные солнечным светом, и он направлял его на вид снаружи — здания и окружающую местность.

Ньепс знал, что в камере требуется очень длинная выдержка. Когда солнечный свет падал на здания с противоположных сторон, воздействие длилось как минимум восемь часов, но исследователь, который позже изучил записи Ньепса и воссоздал его процессы, обнаружил, что воздействие должно было продолжаться в течение нескольких дней.

Сцена была отлита на обработанной оловянной пластине, которая спустя много часов сохранила грубую копию зданий и крыш снаружи.

Ньепс назвал это гелиографией, что буквально означает «рисунок солнца».

Ему потребовалось более двадцати лет экспериментов с оптическими изображениями, прежде чем он добился такого успеха. Это остается первой известной постоянной фотографией реальной сцены.

Когда Ньепс добился желаемого успеха, он решил отправиться в Англию, чтобы попытаться продвинуть свое новое изобретение в Королевском обществе. К сожалению, он встретил отказ. Правило Общества гласило, что оно не будет содействовать никакому открытию с нераскрытым секретом. Ньепс не был готов поделиться своими секретами с миром, поэтому он вернулся во Францию, разочарованный тем, что не смог добиться успеха со своим новым изобретением.

В 1828 году его брат Клод умер полубезумным и нищим в Англии, растратив семейное богатство в погоне за неподходящими деловыми возможностями

Ньепсу было рекомендовано встретиться с Луи Жаком Манде Дагером, художником театральных сцен, чтобы обсудить его изобретение. В 1829 году Ньепс и Дагер стали партнерами. Вместе они разработали физавтотип, усовершенствованный процесс, в котором в качестве светочувствительного вещества использовался дистиллят лавандового масла.

Ньепс вступил в партнерство с Луи Дагером, который также искал средства для создания постоянных фотографических изображений с помощью камеры.

Ньепс внезапно скончался в 1833 году из-за инсульта в возрасте 68 лет, разорившись настолько, что даже его могила на кладбище Сен-Лу де Варен финансировалась муниципалитетом. Кладбище находится рядом с семейным домом, где он экспериментировал и сделал первое в мире фотографическое изображение.

Дагер продолжал экспериментировать, в конце концов разработав процесс, который лишь внешне напоминал процесс Ньепса, но значительно сокращал время экспозиции и создавал более четкие («дагерротип») изображения — следующее крупное достижение фотографии.

В течение многих лет Ньепс практически игнорировался, и его вклад не получал должного внимания. Более поздние историки вернули Ньепса из относительной безвестности, и теперь общепризнано, что его «гелиография» была первым успешным примером того, что мы теперь называем «фотографией». выставлены как исторические раритеты. «Вид из окна» в Ле Гра в последний раз публично демонстрировался в 1905 году, после чего был предан забвению почти на пятьдесят лет.

Не будет преувеличением сказать, что достижения Ньепса заложили основу для развития фотографии.

В то время как многие изобретательные люди экспериментировали с фотографией, разгадка тайны фиксации изображения с камеры ускользала от них до успеха Жозефа Нисефора Ньепса.

В честь Ньепса была учреждена Премия Ньепса, которая ежегодно с 1955 года присуждается профессиональному фотографу, который жил и работал во Франции более 3 лет.

В 2003 году журнал Life включил «Вид из окна в Ле Гра» среди 100 фотографий, изменивших мир.

#OTD #Фотография #История #Лидеры #Изобретатели #Инновации

Сдержит ли GM свое обещание отказаться от двигателей внутреннего сгорания?

Если вы пропустили, в прошлом месяце General Motors попала в заголовки газет по всему миру, когда объявила, что в конечном итоге собирается отказаться от двигателя внутреннего сгорания. «Дженерал Моторс откажется от бензиновых и дизельных автомобилей малой грузоподъемности и внедорожников к 2035 году», — говорится в сообщении 9.0067 Вашингтон Пост . «Дженерал моторс постепенно отказывается от бензиновых и дизельных автомобилей к 2035 году», — повторяет The Wall Street Journal . Затем автопроизводитель поддержал свое объявление дерзкой рекламой Суперкубка с комиком Уиллом Ферреллом в главной роли, которая обещала: «Мы идем, Норвегия», ссылаясь на страну с самой высокой долей рынка электромобилей.

Это огромно, правда? Компания, когда-то крупнейший в мире автопроизводитель и прочно связанная с пожирающими бензин пикапами и внедорожниками, такими как Chevrolet Suburban, предположительно прощается с двигателями внутреннего сгорания к четкой дате, которая находится в пределах ориентировочных сроков, установленных тремя штатами США и европейскими странами. такие как Великобритания, Швеция, Франция и Испания, и — это большой — Китай, который имеет самый большой автомобильный рынок в мире.

Но перед тем, как мы выпьем органическое шампанское, давайте немного отмотаем назад. Что на самом деле сказала GM, которая, в конце концов, присоединилась к администрации Трампа, отменив правила экономии топлива эпохи Обамы? В нем говорится, что у компании есть «стремление [курсив мой] устранить выбросы выхлопных газов от новых автомобилей малой грузоподъемности к 2035 году». Это не твердое обязательство, не так ли? Некоторые защитники окружающей среды и любители электромобилей настроены скептически. «GM на самом деле не заявляет, что прекратит производство пожирателей бензина к 2035 году», — сказал Дэн Беккер, директор кампании «Безопасный климатический транспорт» в Центре биологического разнообразия. «Это цель».

Надо отдать должное, компания открыто заявляет об амбициозном характере своего заявления. «Главное заключается в том, что мы взяли на себя твердое обязательство добиться углеродной нейтральности к 2040 году», — сказала Джессика Джеймс, помощник менеджера по коммуникациям в области устойчивого развития в GM, Sierra . «Это происходит. Но для того, чтобы уложиться в срок в 2035 году, необходимо кое-что сделать — это находится вне нашего прямого контроля».

Джеймс сказал, что GM хочет увидеть расширение налоговой льготы на электромобили для электромобилей, увеличение государственных инвестиций в инфраструктуру электромобилей и выделение федеральных денег на исследования аккумуляторов следующего поколения. «Эти вещи вместе могут привести нас к большому переломному моменту, когда клиенты массово выберут электромобили», — сказала она. «Думайте об этом как о сложной цели. Мы думаем, что сможем добиться этого, но для этого потребуются огромные усилия».

Или, другими словами, способность GM достигать своих целей зависит от другой политики и совпадения звезд рынка. «Никто их к этому не принуждает, — сказал Майк Рэмси, вице-президент и аналитик консалтинговой компании Gartner. «Я думаю, что GM серьезен в том смысле, что это амбициозная цель. Если рынок не будет двигаться в этом направлении достаточно быстро, они не перестанут производить двигатели и бензобаки только потому, что обещали. Потребители должны переключаться в больших количествах».

У коллекционера автомобилей Джея Лено, хозяина Jay Leno’s Garage, , было похожее мнение. «Замечательно, что GM сделала это заявление — теперь они должны выполнить его», — сказал Лено Sierra. Лено — известный любитель исторических лошадиных сил, но он также является энтузиастом экологически чистых автомобилей, проехав 90 000 миль на своем Chevrolet Volt, который, по его словам, ему приходилось заправлять бензином только один раз в год. Лено считает, что в будущем сегодняшние коллекционные «Мустанги», «Феррари» и «Корветы» могут быть отнесены к редкому использованию для отдыха или трека, в то время как электромобили правят дорогами. «Технологии развиваются с бешеной скоростью, — сказал Лено. «Дайте инженерам задачу, и они смогут ее выполнить. Если бы вы сказали в 1965, что GM сможет построить Corvette 2021 года мощностью 500 лошадиных сил, который расходует почти 30 миль на галлон на шоссе, люди бы рассмеялись».

Хотя Лено, вероятно, прав в том, что в долгосрочной перспективе сегодняшние пожиратели бензина в конечном итоге станут предметами коллекционирования и диковинками, факт остается фактом: американские водители еще не сделали серьезных изменений. В 2019 году американцы купили 330 000 аккумуляторных электромобилей и гибридных автомобилей с подзарядкой от сети, что составляет менее 2% проданных новых легковых и грузовых автомобилей. По оценкам BloombergNEF, в 2030 году электромобили составят 28 % мировых пассажирских продаж, а к 2040 году по-прежнему будут составлять только 58%. Если эти цифры верны, цель GM может превзойти рынок. Это делает амбициозную цель GM похожей на умный маркетинг.

У защитников окружающей среды есть причины опасаться GM, учитывая ее более ранние шаги, в том числе отказ — через несколько недель после прошлогодних выборов — иск эпохи Трампа против уникальной способности Калифорнии устанавливать свои собственные жесткие стандарты экономии топлива и выбросов. «Как мы можем доверять обещаниям GM и других автопроизводителей, когда они отказались от своего обязательства соблюдать стандарты, о которых они договорились с Обамой?» — спрашивает Беккер.

Некоторые защитники зеленых автомобилей, тем не менее, приветствовали разворот, хотя это может быть и условно. Говорит исполнительный директор Plug In America Джоэл Левин: «Мы приветствуем обязательство General Motors перейти на электромобили и постепенно отказаться от своих бензиновых и дизельных двигателей к 2035 году. насколько это возможно. Мы не хотели бы, чтобы долгосрочная приверженность электромобилям отвлекала от усилий по выводу на рынок более чистых автомобилей уже сейчас».

Электромобили должны «расшириться» с точки зрения массовой привлекательности, но первые последователи, как правило, очень экологичны. Недавний опрос Plug In America показал, что 60% респондентов, владеющих электромобилями, называют окружающую среду и качество воздуха «наиболее важной» причиной покупки автомобиля, а 96% заявили, что их следующая покупка тоже будет электрической.

Хотя заявление GM имеет большое значение, учитывая размер компании, некоторые автопроизводители сделали более амбициозные заявления, у которых меньше пространства для маневра, чем у GM. Например, Volvo заявляет, что к 2025 году 50 % ее продаж будут полностью электрическими. И, как ни странно, их примеру последовал почтенный производитель роскошных автомобилей Bentley со своей стратегией «За пределами 100». «К 2030 году мы полностью перейдем на предложение с электрическим приводом», — сказал Бентли.

Дело в том, что почти каждый автопроизводитель удваивает ставку на электромобили и планирует свое будущее доминирование. Наступление эры электромобилей на самом деле не вопрос вместо , а вместо . «Объявление GM о переходе на полностью электрические автомобили к 2035 году сигнализирует о том, в каком направлении они движутся, но сроки довольно неопределенны», — сказала Джессика Колдуэлл, исполнительный директор по отраслевым исследованиям в автомобильной прогнозной фирме Edmunds. «И, конечно, 14 лет — это большой срок. Сроки GM могут быть ускорены или расширены. Но детройтская компания посылает сигнал о том, что они намерены выйти на этот рынок. И хотя они являются частью старой гвардии, они настаивают на том, чтобы идти в ногу со временем».

ПРИМИТЕ ДЕЙСТВИЯ

Автомобили без загрязнения окружающей среды к 2035 году!

Скажите президенту Байдену, что борьба с транспортным загрязнением должна стоять на первом месте в списке приоритетов страны.

Нет сомнений, что времена меняются, и старая гвардия находится под давлением нового авангарда. Такие компании, как Tesla, представляют новые модели электромобилей, которые могут убедить нас забыть о маслкарах вчерашнего дня. Tesla Model S Plaid edition разгоняется до 60 миль в час менее чем за две секунды и может развивать скорость до 200 миль в час. И давайте не будем забывать Rimac, хорватскую компанию по производству гиперкаров, чей электрический CTwo, как сообщается, еще быстрее. Для Rimac мастерство электромобилей привело к заключению выгодных контрактов с поставщиками с Jaguar, Hyundai и другими.

Разработка нового автомобиля рассчитана на четыре или пять лет, а это означает, что автопроизводителям приходится планировать будущее, которого еще не существует. Понятно, что GM, изучив рыночные сигналы и политические тенденции, составляет дорожную карту для полностью электрического будущего. И в то же время также ясно, что GM дает себе достаточно места, чтобы вернуться к статус-кво. Все это побуждает защитников окружающей среды и сторонников электромобилей внимательно следить за GM и другими устаревшими автопроизводителями, следя за тем, чтобы они выполняли свои большие обещания.0003

фотографий двигателей внутреннего сгорания на Flickr | Фликр

Устарело?

Макро Веселье

113

На фоне озеленения, скоро ли они устареют? Принятие желаемого за действительное, но маловероятно, поскольку сжигание ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания, вероятно, будет продолжаться десятилетиями. Но со временем они будут существовать только в музеях. «Постоянные перемены никуда не денутся!»

 

Для макропонедельников: транспорт

 

Площадь фотографии составляет примерно 14 мм (0,55 дюйма)

Две свечи зажигания

по arbyreed

27

мотор «скоппио»?

Антонио Якобелли

113

..paglietta di ferro, polvere pirica, flash, luci LED

Феррари 12 цилиндров

от гилфото

27

Мои «старые добрые времена», когда охрана не была слишком жесткой, и респектабельный молодой 20-летний парень мог незаметно разместиться в гараже без документов; секрет не быть «громким».

Затерянный в городе # 2

Расс Эллисон Лоар

6

Примерно через час езды в час пик я иногда теряю представление о лабиринте.

Савица 285

Зоран Миркович

8

Zagreb, Muzej Grada Zagreba

Izložba: Vrijeme Giganata

TMZ — TVORNICA Motora Zagreb — Laki Benzinski Motor

WWW. HLERSHREMA -IIZ. …

Соленая вода против двигателя внутреннего сгорания

Януш Лещинский

15

Старый блок двигателя на берегу недалеко от Клонакилти, Ирландия. Не очень типичный снимок, но мне понравились цвета и формы. Я до сих пор под «Ирландским заклинанием» — Красивое место и фантастические люди.

Еще одно изображение к набору «Fly on the wall»

 

Посмотреть, где было сделано это фото — Клонакилти, Ирландия [?]

 

Пожалуйста — View On Black

 

#2

0 Исследовать 8 May 3

2

Кёльн — Пиусштрассе

от abudulla.saheem

4

Могила Николая Августа Отто создателя двигателя внутреннего сгорания

 

en.wikipedia.org/wiki/Nicolaus_Otto

de.wikipedia.org/wiki/Николаус_Отто

Jaguar XJ-C 6 купе 4.2 CI 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

12

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л. с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

 

Classic Remise I Meilenwerk I Berlin

Стоянка для грузовиков

Расс Эллисон Лоар

9

Затерянный в городе_01

Расс Эллисон Лоар

3

Пригородный ад в центре Лос-Анджелеса.

Jaguar XJ 6 купе 4.2 C | 1975-1978 гг.

от Transaxle (псевдоним Toprope)

6

Ягуар купе XJ серии 2, 1975-1919 гг.78

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

 

Classic Remise I Meilenwerk I Berlin

Jaguar XJ-C 6 купе 4. 2 CI 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

5

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 л (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ в стандартной комплектации поставлялись с виниловой крышей.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

 

Classic Remise I Meilenwerk I Berlin

Реклама из журнала «Локомотив», март 1929 г.

Майкиашворт

3

Четыре известных имени в мире локомотивостроения здесь и в то время, когда в Великобритании было значительное количество таких компаний.

Гидравлический насос Parrott

Фото Falcon®

4

Гидравлический насос, изготовленный Джеймсом Пэрроттом, Солфорд, ок. 1876 г. До 1987 года использовался для питания гидравлических прессов, производивших бумажные рулоны для производства обоев.

Свеча зажигания_Earlsdon_Coventry_Jun15

Ян

7

Свеча зажигания

© Image & Design Ян Хэлси MMXV

1886 Горизонтальный одноцилиндровый двигатель Crossley

Фото Falcon®

4

одноцилиндровый четырехтактный газовый двигатель производства Crossley Brothers Ltd, Манчестер, ок. 1886 г. Используется на литейном заводе в Эдинбурге. Это был первый тип двигателя внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному принципу Отто, запатентованному в 1876 году, и, таким образом, он является прямым предком современных поршневых двигателей внутреннего сгорания.

collection.sciencemuseum.org.uk/objects/co8404728/crossle…

Daimler XJ-C 12 Coupé Double Six I 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Classic Remise I Meilenwerk I Берлин

Двигатель горячего воздуха Л. Гарднера

Фото Falcon®

4

Тепловой двигатель Robinson производства L. Gardner & Sons Ltd, Манчестер, ок. 19 г.00.

 

collection.sciencemuseum.org.uk/objects/co8406054/l-gardn…

Daimler XJ-C 12 Coupé Double Six I 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Classic Remise I Meilenwerk I Берлин

2017-11-08_02-04-32 нам нужна задница

Светлана Стеклова

4

www. hrw.org/reports/2001/prison/voices.html

 

В амбаре накрыт свадебный стол. К соломенной стене с граблями прикреплены два снопа, они подняты в знак благословения и используются здесь именно с таким символизмом. Как предполагают, предпочтительное время для свадеб было после сбора урожая. Бумажная корона крепится к драпировке, висящей на стене позади невесты, которая, как требует традиция, находится одна, с небольшим венком на распущенных волосах, с опущенными глазами и сложенными руками; ей не разрешают ни говорить, ни есть, и она сидит в середине стола.

 

Клаус Демус. Крестьянская свадьба // Картины Питера Брейгеля Старшего в Художественно-историческом музее, Вена

истребители смога

Расс Эллисон Лоар

5

Rolls-Royce вступает в электрическую революцию с Spectre

по автомобильным ритмам

1

Компания Rolls-Royce Motor Cars недавно сделала решительное заявление о замене двигателей внутреннего сгорания, включая их почтенный V12, к 2030 году в обмен на полностью электрические силовые агрегаты. С этим генеральным директором Торстен Мюллер-Отвос только что представил мировому автомобильному миру Spectre, первый полностью электрический автомобиль Rolls-Royce, который соответствует требованиям 19 апреля.00 пророчество основателя Чарльза Роллса, который предвидел более чистое, более эффективное и электрифицированное будущее для автомобилей.

 

Полная история = www.automotiverhythms.com/rolls-royce-enters-electric-rev…

Захваченный российский самолет (LOC)

Библиотекой Конгресса

13

Bain News Service, издатель.

 

Захваченный российский самолет

 

[прибл. 1914 и ок. 1915]

 

1 негатив: стекло; 5 х 7 дюймов или меньше.

 

Примечания:

Название по данным, предоставленным Bain News Service на негативе.

На фотографии показаны части российского самолета, захваченного немецкими войсками во время Первой мировой войны. (Источник: проект Flickr Commons, 2011 г.)

Входит в состав: Коллекция Джорджа Грэнтэма Бейна (Библиотека Конгресса).

 

Темы:

Мировая война 1914-1918 гг.

 

Формат: Стеклянные негативы.

 

Информация о правах: Нет известных ограничений на публикацию.

 

Репозиторий: Library of Congress, Prints and Photographs Division, Washington, D.C. 20540 USA, hdl.loc.gov/loc.pnp/pp.print

 

Общая информация о коллекции Bain доступна по адресу hdl .loc.gov/loc.pnp/pp.ggbain

 

Доступно изображение с более высоким разрешением (постоянный URL): hdl. loc.gov/loc.pnp/ggbain.17786

 

Номер телефона: LC-B2-3293-5

Jaguar XJ-C 6 4.2 купе я 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

6

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

 

Classic Remise I Meilenwerk I Berlin

Rolls-Royce вступает в электрическую революцию с Spectre

по автомобильным ритмам

1

Компания Rolls-Royce Motor Cars недавно сделала решительное заявление о замене двигателей внутреннего сгорания, включая их почтенный V12, к 2030 году в обмен на полностью электрические силовые агрегаты. С этим генеральным директором Торстен Мюллер-Отвос только что представил мировому автомобильному миру Spectre, первый полностью электрический автомобиль Rolls-Royce, который соответствует требованиям 19 апреля. 00 пророчество основателя Чарльза Роллса, который предвидел более чистое, более эффективное и электрифицированное будущее для автомобилей.

 

Полная история = www.automotiverhythms.com/rolls-royce-enters-electric-rev…

Ягуар XJ6 SII (1978)

от Transaxle (псевдоним Toprope)

5

Jaguar XJ Series 2

XJ6: R6-цилиндровый, 4,2 л, 170 л.с. при 4750 об/мин

XJ12: V12-цилиндровый, 5,3 л, 268 л.с.

 

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ6#Series_2_.281973.E2.80.9…

Rolls-Royce вступает в электрическую революцию с Spectre

по автомобильным ритмам

1

Компания Rolls-Royce Motor Cars недавно сделала решительное заявление о замене двигателей внутреннего сгорания, включая их почтенный V12, к 2030 году в обмен на полностью электрические силовые агрегаты. С этим генеральным директором Торстен Мюллер-Отвос только что представил мировому автомобильному миру Spectre, первый полностью электрический автомобиль Rolls-Royce, который соответствует требованиям 19 апреля. 00 пророчество основателя Чарльза Роллса, который предвидел более чистое, более эффективное и электрифицированное будущее для автомобилей.

 

Полная история = www.automotiverhythms.com/rolls-royce-enters-electric-rev…

Ягуар МК2 3.4

от Transaxle (псевдоним Toprope)

6

@ Classic Remise (Ex — Meilenwerk) Берлин, 6 марта 2013 г.

150 000 миль

по arbyreed

4

Талисманы капота Jaguar

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Jaguar XJ8 X308 против XJ6 S2

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Jaguar XJ-C 6 4.2 купе я 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л. с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Jaguar XJ6 4.2 купе — серия II

от Transaxle (псевдоним Toprope)

4

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Раш в центре города

Расс Эллисон Лоар

3

Daimler XJ-C 12 Coupé Double Six I 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

1

Classic Remise I Meilenwerk I Берлин

Jaguar XJ6 4.2-C Drophead купе

от Transaxle (псевдоним Toprope)

2

Примерно 30 автомобилей были переоборудованы компаниями Avon-Stevens, Lynx и некоторыми мастерскими во Франции, Германии и США.

(C) www.xjconvertible.com/

 

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978 гг.

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 л (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Ягуар XJ6 4.2 C

от Transaxle (псевдоним Toprope)

2

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Ягуар XJ6 4.2 C

от Transaxle (псевдоним Toprope)

1

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Маленькая симпатичная зеленая машинка

от Kombizz

2

Электромобиль — это автомобиль, в котором для приведения в движение используется электродвигатель вместо более распространенных методов приведения в движение, таких как двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Электромобили обычно питаются от бортовых аккумуляторных батарей и, как таковые, являются аккумуляторными электромобилями (BEV). Хотя электромобили часто дают хорошее ускорение и в целом имеют приемлемую максимальную скорость, меньшая энергоемкость аккумуляторов по сравнению с аккумуляторами на ископаемом топливе означает, что электромобили имеют относительно небольшой запас хода между зарядками, а перезарядка может занять значительное время. Тем не менее, для повседневного использования, а не для длительных поездок, электромобили являются очень практичным видом транспорта, и их можно недорого перезарядить за ночь. Другие методы накопления энергии на борту, которые могут обеспечить большую дальность полета или более быструю перезарядку, являются областями исследований.

 

Электромобили могут значительно снизить загрязнение города за счет отсутствия выбросов выхлопных газов. Экономия выбросов парниковых газов автомобилями зависит от того, как вырабатывается электроэнергия. При энергетическом балансе США использование электромобиля приведет к сокращению выбросов углекислого газа на 30%. Учитывая текущую структуру энергопотребления в других странах, было предсказано, что такие выбросы сократятся на 40% в Великобритании, на 19% в Китае и всего на 1% в Германии.

 

en.wikipedia.org/wiki/Electric_car

Ягуар XJ6 4.2 C

от Transaxle (псевдоним Toprope)

2

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup. C3.A9

Jaguar XJ6 4.2-C Drophead купе

от Transaxle (псевдоним Toprope)

1

Примерно 30 автомобилей были переоборудованы компаниями Avon-Stevens, Lynx и некоторыми мастерскими во Франции, Германии и США.

(C) www.xjconvertible.com/

 

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978 гг. вики/Ягуар_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Daimler XJ-C 12 Coupé Double Six I 1975-1978

от Transaxle (псевдоним Toprope)

Classic Remise I Meilenwerk I Берлин

Живой музей Черной страны — Bradburn & Wedge Ltd — Двигатель внутреннего сгорания

Эллиот Браун

Это Живой музей Черной страны в Дадли, Уэст-Мидлендс.

 

Музей был основан в 1975 году, а первые здания переехали сюда в 1976 году. С тех пор был застроен участок площадью 26 акров с уникальными условиями жизни и работы в Черной стране с середины 19 века.века до начала 20 века.

 

Это недалеко от Типтон-роуд в Дадли.

 

Это компания Bradburn & Wedge Ltd. В автосалоне находится коллекция старинных автомобилей.

 

Это здание было построено, чтобы продемонстрировать великолепную музейную коллекцию автомобилей, произведенных в Черной стране. Внутри посетители могут увидеть автомобили, мотоциклы и коммерческие автомобили, включая такие бренды, как Bean, Clyno, Westfield, Sunbeam, Diamond, Guy и AJS.

 

Внешний вид здания 1950-х годов основан на автосалонах местной компании Bradburn and Wedge. Компания была основана в 1918 году, когда Уильям Ховард Брэдберн, сын фермера из Веднесфилда, присоединился к Гарри Веджу. Ведж ушел из бизнеса примерно через 4 года, но Брэдберн продолжил работу под тем же именем. Его фирма стала одной из самых известных компаний по продаже автомобилей в Мидлендсе.

 

А Двигатель внутреннего сгорания

Ягуар Марк 2 (1968)

от Transaxle (псевдоним Toprope)

выпуска с 1959 по 1967 год, 30141 шт.

220 л.с., 6-цилиндровый рядный, тормозные диски на всех колесах

 

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_Mark_2

Машиностроение

Пол Дженкинс

4

Jaguar XJ6 4.2-C Drophead купе

от Transaxle (псевдоним Toprope)

1

Примерно 30 автомобилей были переоборудованы компаниями Avon-Stevens, Lynx и некоторыми мастерскими во Франции, Германии и США.

(C) www.xjconvertible.com/

 

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978 гг. вики/Ягуар_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Заднее стекло

от Stoneybutter

16

Проблеск будущего на самой северной оконечности Дила, Кент — начало конца двигателя внутреннего сгорания…

Jaguar XJ6 4.2 купе — серия II

от Transaxle (псевдоним Toprope)

2

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Jaguar XJ6 4.2 купе — серия II

от Transaxle (псевдоним Toprope)

2

Jaguar Coupe XJ Series 2, 1975–1978

Рядный шестицилиндровый двигатель объемом 4,2 литра (6 цилиндров, 171 л.с.)

 

Все купе Jaguar XJ поставлялись с виниловой крышей в стандартной комплектации.

en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_XJ#XJ_Coup.C3.A9

Потенциальное применение фототермического объемного воспламенения углеродных нанотрубок в двигателях внутреннего сгорания

• Группа авторов Войти

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы являемся сообществом из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах мира, включая лауреатов Нобелевской премии и некоторых самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, описывающий открытый доступ, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление предпочтениями

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:

Карьера

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Рецензируемая глава в открытом доступе

Автор:

Антонио Паоло Карлуччи, Брюс Чехруди, Антонио Фикарелла,
Доменико Лафорджа и Лучано Страфелла

Представлено: 24 апреля 2017 г. Обзор: 8 сентября 2017 года.

Сведения о книге Заказ в печати

Обзор показателей главы

1007 загрузок глав

Просмотреть полные показатели

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

Рекламное объявление

Abstract

В двигателях внутреннего сгорания для запуска процесса сгорания требуется источник воспламенения. Это обычно достигается либо за счет генерации электрической искры, либо за счет физического акта воспламенения от сжатия. Чтобы улучшить производительность и снизить уровень загрязняющих веществ, исследователи предложили альтернативы традиционным процессам воспламенения или сгорания, такие как сгорание с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI), критическим эксплуатационным требованием которого является точный контроль момента самовоспламенения в течение рабочего цикла двигателя. . В этой работе предлагается инновационный подход к объемно-распределенному воспламенению для управления началом процесса самовоспламенения за счет использования преимуществ оптических свойств воспламенения углеродных нанотрубок при воздействии источника света с низким потреблением. Показано, что этот способ зажигания усиливает горение метана, водорода, СУГ и бензина (впрыскиваемого в камеру в жидкой фазе). Результаты для этого нового метода воспламенения показывают, что градиент давления и эффективность сгорания увеличиваются, а продолжительность горения и время задержки воспламенения уменьшаются. Непосредственное наблюдение за процессом сгорания показывает, что эти преимущества связаны с пространственно-распределенным воспламенением, за которым следует более быстрое начальное потребление воздушно-топливной смеси. Таким образом, использование этой системы зажигания предлагается в качестве многообещающей технологии управления сгоранием в двигателях внутреннего сгорания, особенно в двигателях HCCI.

Keywords

• carbon nanotubes
• combustion control
• internal combustion engines
• metal nanoparticles
• photo-thermal ignition
• HCCI
• autoignition
• photo-ignition

1. Introduction

The system for triggering а управление процессом зажигания является основой надежного и эффективного процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Электрическая искра, используемая в бензиновых двигателях, создает относительно медленный фронт пламени, который затем распространяется, сжигая воздушно-топливную смесь. Эта система зажигания по своей природе является одноточечной системой зажигания и характеризуется относительно высоким потреблением энергии. В литературе продемонстрированы преимущества наличия нескольких ядер воспламенения и возможности варьирования их положения для эффективности преобразования топлива и снижения уровня загрязняющих веществ при различных условиях эксплуатации. Однако практическое применение было ограничено несколькими точками, то есть максимум двумя свечами зажигания на цилиндр в автомобильных двигателях.

С другой стороны, в дизельных двигателях воспламенение достигается за счет процесса сжатия, реализуемого движением поршня во время такта сжатия. Процесс воспламенения от сжатия, будучи чувствительным к условиям эксплуатации, таким как температура и давление окружающей среды, влияет на последующее развитие горения, характеризующееся двумя различными фазами горения. Первая фаза представляет собой быстрое сгорание впрыскиваемого жидкого топлива, которое было предварительно распылено, испарено и смешано с воздухом в течение периода задержки воспламенения, называемая фазой предварительного смешения, за которой следует вторая фаза, характеризующаяся гораздо более медленным горением смеси. Скорость называется управляемым смешением или диффузионным горением.

В литературе широко документированы возможности третьего режима сгорания, называемого воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI), при одновременном снижении расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ. HCCI — это альтернативный режим сгорания для ДВС, при котором предварительно смешанная гомогенная смесь топлива и окислителя (само) воспламеняется, в идеале все одновременно. Таким образом, в процесс сгорания мгновенно вовлекается вся смесь, находящаяся внутри цилиндра, что приводит к значительному снижению расхода топлива [1]. Процесс воспламенения (или самовоспламенения) в двигателях HCCI имеет несколько точек воспламенения, распределенных по камере сгорания. Это, в сочетании со сгоранием обедненной предварительно смешанной топливно-воздушной смеси, снижает температуру отработавших газов, что предотвращает образование оксидов азота (NO _х ). Кроме того, при сгорании предварительно смешанных обедненных смесей практически не образуется сажа. Однако простой с концептуальной точки зрения режим горения HCCI сложно реализуем. Было продемонстрировано, что в бензиновых двигателях отработанная тепловая энергия, содержащаяся в выхлопных газах и охлаждающей жидкости, горячих остатках и внутренней рециркуляции выхлопных газов (EGR), является эффективным способом нагрева всасываемого воздуха и, следовательно, инициирования самовоспламенения смеси. Таким образом и в режиме сжигания HCCI можно добиться снижения расхода топлива до 50%, снижения выбросов NO 9 на два порядка.0868 x , сопоставимые уровни окиси углерода (CO) и приемлемое увеличение содержания углеводородов (HC), которые можно устранить с помощью уже отработанной технологии, такой как трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, по сравнению с обычными бензиновыми двигателями с искровым зажиганием [ 2].

В дизельных двигателях, с другой стороны, критической проблемой является приготовление однородной смеси. С этой точки зрения, впрыск через порт, а также количество и время впрыска, а также форма распыления и камеры сгорания могут помочь получить более однородную топливно-воздушную смесь в камере сгорания. Самыми большими преимуществами были сокращения NO _х и копоти. Однако снижение расхода топлива и увеличение выбросов CO и HC было незначительным или отсутствовало вообще [2].

Наконец, в двигателях, работающих на природном газе, режим сгорания HCCI может быть достигнут путем увеличения температуры впуска, давления наддува и степени сжатия или изменения состава топлива (например, путем добавления н-бутана).

Для реализации описанных выше методов потребовались существенные модификации воздушных, выхлопных и топливных каналов, а также конструкции и компоновки двигателя. Наиболее важным требованием для правильной работы двигателей HCCI оказался точный контроль процесса самовоспламенения, а именно контроль времени, в течение которого происходит самовоспламенение газовоздушной топливно-воздушной смеси внутри камеры сгорания. [2, 3]. Используя различные комплексные системы управления, основанные на параметрах, влияющих на начало процесса самовоспламенения, можно эффективно эксплуатировать двигатель HCCI. Однако эти системы управления все еще чрезвычайно сложны, дороги и обременительны [2, 4]. Это связано с тем, что начало самовоспламенения предварительно смешанных топливно-воздушных смесей очень чувствительно к рабочим и конструктивным параметрам двигателя. К сожалению, процессы воспламенения, инициируемые обычными источниками внешней энергии, чувствительны к окружающим условиям окружающей среды и, как правило, не подходят для двигателей HCCI.

Таким образом, Чехруди [3] предложил инновационный подход, активируемый светом, для получения объемно-распределенного воспламенения. Этот подход, в котором используются свойства оптического воспламенения углеродных нанотрубок (УНТ), основан на наблюдении, что углеродные нанотрубки, связанные с другими наноэнергетическими материалами (нЭМ), то есть металлическими нанопорошками, воспламеняются коллективно и сгорают при воздействии низких -потребление кратковременных источников света. Следовательно, они могут действовать как ядра самовоспламенения при смешивании с гомогенной смесью топлива и окислителя и воздействии импульсного источника света, такого как обычная фотовспышка. Это явление обычно называют «фототермическим воспламенением» (ФТИ).

УНТ представляет собой полую наноструктуру наподобие полой клетки, по существу состоящую из графитовой плоскости, свернутой в тонкую трубку, оба конца которой могут быть закрыты купольной структурой фуллеренового типа. Первоначально существование УНТ было обнаружено Иидзимой [5]. С момента своего открытия УНТ были предметом интенсивных исследований: этот материал действительно проявляет различные интересные механические, тепловые, оптические и электрические свойства. Многие из этих свойств были предложены для бесчисленных применений, например, для хранения водорода, в качестве добавок к конструкционным материалам и для производства специальных биосенсоров для диагностики заболеваний. Существует две формы углеродных нанотрубок, а именно одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ), состоящие из одного слоя графена, свернутого в трубку, диаметр которой зависит от хиральности нанотрубок, и многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), которые могут появляться в коаксиальной сборке SWCNT, аналогичной коаксиальному кабелю, или в виде единого листа графита, свернутого в форму спирали.

Механизм фотовоспламенения УНТ, связанных с нЭМ, сложен для анализа и до конца не объяснен. Однако есть некоторые теории, основанные на экспериментальных наблюдениях. Первое наблюдение этого явления было задокументировано Ajayan et al. [6]. Они предположили, что оптически черные волокна ОУНТ поглощали видимый и инфракрасный свет и передавали эту энергию в виде тепла участкам наночастиц Fe (железа) (остаткам фазы роста ОУНТ), которые впоследствии получали достаточную энергию активации для окисления и поддержания реакции горения с окружающий воздух. Ценг и соавт. [7] предположили, что фотоакустические эффекты и эффекты воспламенения связаны с быстрым повышением температуры выше 457°C (температура воспламенения ферроцена, Fc), в результате как поглощения световой вспышки УНТ, так и присутствия частиц катализатора в пушистых частицах. ОУНТ, генерация акустической волны и окисление УНТ. Бократ и соавт. В работе [8] показано, что это явление характерно не только для ОУНТ, но и другие углеродсодержащие соединения, синтезированные на металлических катализаторах, могут воспламеняться при воздействии лампы-вспышки. Брейди и соавт. [9] не только подтвердил эффект мгновенного воспламенения ОУНТ, но также сообщил о присутствии частиц оксида железа в побочных продуктах сгорания. В работе [10] авторы пришли к выводу, что за явление фотовоспламенения ответственны примеси металлических наночастиц в образцах ОУНТ.

Несмотря на интенсивный анализ феномена PTI, до сих пор было предложено мало приложений. Среди них довольно исследована идея воспламенения различных смесей топлива/окислителя через PTI. Например, Берковиц и соавт. [11] вводили и смешивали ОУНТ (содержащие 70% железа по весу) в воздушно-этиленовой смеси внутри камеры сгорания и экспонировали их вспышкой камеры, запуская таким образом процесс горения. Другое приложение было предложено Manaa et al. [12], которые продемонстрировали, что мгновенное зажигание и инициирование смеси взрывчатого вещества и нанотрубок — ОУНТ с содержанием не менее 29% по массе примеси железа — в твердых топливах возможны. Однако для достижения фотовоспламенения смеси ОУНТ-нЭМ в жидких топливах необходимо отделить УНТ-нЭМ от жидкости до момента воспламенения. Бадакшан и соавт. [13] поместили небольшой образец ОУНТ и твердых добавок — наночастиц алюминия и перхлората аммония в качестве твердых окислителей — внутрь желатиновой капсулы, через которую они были прошиты. Было замечено, что фотовоспламенение нанопорошка ускоряет процесс горения гексана + ацетона в качестве топлива (на 50% каждого). Кроме того, авторы также испытали ПТИ с имитацией твердого ракетного топлива в качестве альтернативы классическому электрическому зажиганию. Эти испытания по существу показали большой потенциал для получения объемно-распределенного воспламенения жидкого и твердого топлива.

Дальнейшее применение было впервые предложено Чехруди [14], изучавшим PTI жидкого топлива с УНТ, и было ограничено атмосферными условиями. Чехруди [15, 16, 17, 18, 19, 20] считает, что это явление может быть использовано для одновременного воспламенения нескольких точек в воздушно-топливной смеси, например, в ДВС, и, таким образом, реализовать так называемое объемно-распределенное зажигание для Горение HCCI.

Использование системы PTI дает следующие преимущества по сравнению с другими системами зажигания:

Первое исследование в этом направлении описано в работах [21, 22], где сравнивался процесс горения, инициируемый УНТ и нЭМ, в совокупности называемыми нановоспламенителями (нИА), при воздействии источника света на получены с помощью обычной системы зажигания со свечами зажигания (SI), ограничивая анализ только смесями воздух/метан. Для всех протестированных соотношений воздух/топливо (AFR) было продемонстрировано, что горение, инициированное PTI МУНТ с Fc (т.е. ферроценом), характеризовалось более высоким градиентом давления горения и более высоким пиковым давлением, чем горение, инициированное SI. . Кроме того, вместо классического распространения фронта пламени, наблюдаемого в обычных бензиновых двигателях, наблюдался распределенный по объему процесс сгорания. Таким образом, в этой главе применение «УНТ, связанных с порошками нЭМ», совместно именуемых здесь нановоспламеняющими агентами (нИА), для воспламенения различных видов топлива, таких как метан (CH ₄ ), сжиженный нефтяной газ (LPG), водород (H ₂ ) и бензин внутри камеры постоянного объема. Камера постоянного объема использовалась для имитации камеры сгорания ДВС, подчеркивая преимущества с точки зрения сокращения продолжительности сгорания и его полноты по сравнению со сгоранием, инициируемым обычной системой СИ.

Объявление

2.

Экспериментальная установка

Специально разработана и реализована система для демонстрации объемного воспламенения газообразных топлив (метан, водород, СУГ) и бензина через ПТИ МУНТ с 75% масс. в [23] показано, что этот состав имеет наименьшую удельную мощность, необходимую для воспламенения). Свойства МУНТ и Fc представлены соответственно в таблице 1. Схематическая диаграмма полной экспериментальной схемы для смесей воздух/газообразное топливо и смесей воздух/бензин показана на рисунке 1.

л.

	МУНТ	ФК
Чистота	≥98%	98%
Форма, цвет	Порошок, черный	Порошок желто-оранжевый
Н. Д. × внутренний диаметр ×	10 нм ± 1 нм × 4,5 нм ± 0,5 нм × 3–6 мкм	–
Плотность	~2,1 г/мл при 25°C (лит.)	1,49 г/см 3
Насыпная плотность	0,068 г/см 3	–
Площадь поверхности	280–350 м 2 /г	–
Температура плавления	3652–3697°С (лит.)	172–175°C (лит.)
Удельная теплоемкость (~300 К)	242 кДж/кг	344 кДж/кг
Точка самовоспламенения	–	>150°С
Точка кипения	–	249°C (лит. )
Давление паров	–	0,03 мм рт.ст. (40 °C)
Поглощение	–	λ макс.  = 358 нм

Таблица 1.

Свойства МУНТ и ферроцена.

Рисунок 1.

Схема экспериментальной установки, используемой во время испытаний воздух/газообразное топливо и воздух/бензин. Перепечатано из [24] с разрешения Elsevier.

Экспериментальная установка была разработана для одновременного выполнения одного акта горения; поэтому процедура заправки воздушно-топливной смесью, а также воспламенителями должна повторяться для каждого испытания, как подробно описано ниже. Камера сгорания постоянного объема изготовлена ​​из малоуглеродистой стали и имеет цилиндрическую форму с внутренним диаметром 53 мм и длиной 270 мм. Камера была оснащена пьезорезистивным датчиком давления (KELLER тип PA-21Y 0–200 бар). Сигнал давления был оцифрован на частоте 2,5 кГц с использованием NI cDAQ 9.178 с модулем AI NI 9205. Продольное кварцевое прямоугольное оптическое окно (длина 172 мм, высота 37 мм, толщина 20 мм) было установлено вдоль боковой стороны камеры сгорания, чтобы обеспечить визуальный доступ. С помощью высокоскоростной кадровой камеры CCD Memrecam GX-1F, расположенной перед кварцевым оптическим доступом, были получены изображения процессов воспламенения и горения с частотой кадров 2,5 кГц.

Автомобильная свеча зажигания (модель NGK 4983 DCPR7E-N-10) и фотовспышка Xe (линейные ксеноновые импульсные лампы модели FT-L4040 для испытаний на воздухе/газообразном топливе и линейные ксеноновые импульсные лампы модели FT-L6085 для воздуха/ испытания бензина) были размещены в соответствующих местах внутри камеры сгорания. Таким образом, процесс сгорания с помощью SI можно сравнить с процессом, полученным с помощью PTI МУНТ / нЭМ, смешанных с воздушно-топливной смесью. Оба метода зажигания активируются реле, дистанционно управляемым с помощью DIO 5 В TTL High Speed ​​NI 9401 модуль. Как только в камере сгорания достигается желаемое давление 3 бар, электромагнитный клапан автоматически закрывается, и после постоянной задержки генерируется сигнал TTL для активации либо вспышки камеры, либо свечи зажигания. Максимальная энергия, которую могут выделять Хе импульсные лампы, используемые для фотовоспламенения, составляет соответственно 50 Дж для испытаний с газообразным топливом и 120 Дж для испытаний с бензином, поскольку, предположительно, испытания с бензином потребуют большей энергии для воспламенения НИАС.

Для проведения экспериментов со смесями воздух/газотопливо воздух и газообразное топливо по отдельности вводятся в камеру смешения через разные каналы. Количество газообразного топлива, используемого в каждом случае, определяется таким образом, чтобы обеспечить конечное давление 6 бар в смесительной камере и в то же время достичь желаемого массового соотношения воздух/газотопливо. Из смесительной камеры газовоздушная смесь подается в камеру сгорания. Электромагнитный клапан используется для определения количества воздушно-газотопливной смеси, вводимой в камеру сгорания, чтобы достичь желаемого давления 3 бар в начале эксперимента. Проходя через электромагнитный клапан, поток смеси также подхватывает и уносит с собой необходимое количество МУНТ/нЭМ (нИА) в камеру сгорания, предварительно введенную в держатель УНТ, см. рис. 1.

Для экспериментов, проводимых с воздухом и бензином, для всех испытаний используется система впрыска жидкого топлива, состоящая из топливного бака, находящегося под давлением инертного газа (азота) до значения, равного 4,5 бар. Система впрыска топлива состоит из традиционной автомобильной бензиновой форсунки и модуля управления открытием форсунки. Для проведения экспериментов в камеру сгорания по отдельности вводят воздух и бензин. Количество бензина, вводимого в камеру сгорания, определяется для обеспечения желаемого значения отношения масс воздух/бензин, и это реализуется за счет ширины импульса, подаваемого на электронику, связанную с системой управления форсунками. Как только бензин впрыскивается в камеру сгорания, воздух под давлением 6 бар в смесительной камере вводится в камеру сгорания с помощью электромагнитного клапана. В этом случае количество воздуха, подаваемого в камеру сгорания, также регулируется временем открытия соленоида, чтобы достичь желаемого давления 3 бар для каждого испытания. Испытания с бензиновым топливом проводились путем изменения дополнительного параметра – «времени пребывания» жидкого бензина, впрыскиваемого в камеру сгорания, до его смешения с воздухом, поступающим из камеры смешения, несущей НИА. Поскольку на фотовоспламенение может отрицательно повлиять смачивание nIAs распыляемым жидким бензином, влияние этого времени пребывания должно дать предварительные данные о воздействии такого процесса смачивания. Время пребывания – это время между окончанием впрыска жидкого топлива и временем открытия воздушного электромагнитного клапана. Были протестированы два разных времени пребывания: 0 и 500 мс, что представляет собой нижнюю и верхнюю границы для этого параметра, используемого в этом исследовании.

Для каждого теста, как описано ранее, после достижения желаемого давления (3 бар) в камере сгорания электромагнитный клапан автоматически закрывался, и после постоянной задержки генерировался сигнал TTL для активации либо вспышки камеры, либо свеча зажигания. Кроме того, энергия, выделяемая испарительной установкой, составляла около 5 Дж для испытаний на воздушно-метановом топливе (это значение считалось постоянным и принималось за эталонное для всех испытаний на воздушно-газовом топливе), 8 Дж для испытаний на воздушно-бензиновом топливе, а энергия, выделяемая свечой зажигания, составляла около 20 Дж для всех испытаний.

Перед каждым испытанием камеру сгорания тщательно продували свежим воздухом. Во всех тестах использовали образцы nIAs, каждый из которых состоял из 20 мг МУНТ с 75% Fc по массе. Минимальное количество наночастиц было получено, как и в [22], что соответствует концентрации НИАС 159 ppmv в камере сгорания. Из 158 частей на миллион по объему 139, представленные МУНТ, и 19 частей на миллион по объему, представленные Fc, соответствуют общей энергии, равной 6,3 Дж, из которых 1,1 Дж приходится на МУНТ и 5,2 Дж на Fc (которые в совокупности составляют менее 1% от общей энергии). тепловая энергия, выделяемая топливом).

Для экспериментов с обеими системами зажигания были проведены испытания путем изменения относительного соотношения воздух/топливо, λ , определяемого как:

λ=A/FactA/Fst
E1

где ( A/F ) _act – соотношение между массами воздуха ( A ) и топлива ( F ), фактически подаваемых в камеру сгорания, а ( A/F ) 7 _st – стехиометрическое количество воздуха для данного вида топлива на единицу количества используемого топлива. Исходя из этого определения, λ  = 1 представляет реальную стехиометрическую смесь, а λ  > 1 указывает на смесь более бедную, чем стехиометрическая, поскольку λ превышает единицу. В данной работе ( A/F ) _st для метана, водорода, СУГ и бензина принимались равными 17,4, 34, 15,5 и 14,7 соответственно. Соотношение воздух/топливо λ варьировалось в интервале от 1 до 3,5 и оценивалось как с учетом состава смеси в камере смешения, так и описанного ранее процесса наполнения камеры сгорания.

Характеристики воспламенения и сгорания были проанализированы путем измерения давления в камере сгорания. Фактически, для камеры постоянного объема и в условиях однородной системы и пренебрежимо малой теплоотдачи стенки первый закон термодинамики позволяет оценить скорость тепловыделения ( HRR ) при сгорании топлива как:

HRRt=dQdt =1γ−1Vdpdt
E2

где Q – теплота, выделяемая топливом при сгорании (в первом приближении пропорциональна сожженному топливу), γ — удельная теплоемкость смеси (считается постоянной и равной 1,38), V — объем камеры сгорания, p — давление, измеренное в камере сгорания. Используя HRR , также можно оценить совокупную тепловую энергию, выделяемую в интервале времени между началом сгорания ( t _{воспламенение} ) и любым временем t позже следующим образом:

cumHRRt=∫tignition tHRRdt
Е3

Максимальное значение cumHRR(t) получается путем интегрирования HRR между t _{зажиганием} и временем t _pmax , что соответствует максимальному давлению, достигаемому в камере сгорания. Это значение является показателем общего выделяемого тепла. Кроме того, зная cumHRR(t) , также можно оценить эффективность сгорания, определяемую здесь как:
Е4

, в котором числитель равен общему теплу, выделяющемуся при сгорании, а знаменатель равен тепловой энергии, поступающей в систему в виде жидкого или газообразного топлива. Вклад энергии сгорания наночастиц в знаменатель равен 6,3 Дж, что составляет менее 0,3% для каждого испытанного условия, и им пренебрегали.

На рис. 2 показаны cumHRR следов процесса горения топлива при инициировании воспламенением НИАС через вспышку и свечу зажигания в воздушно-метановой смеси при λ значение 1,6. Можно видеть, что после триггерного сигнала (вспышка или срабатывание искры) обе кривые имеют фазу подъема за счет тепла, выделяемого топливом при сгорании, и достигают пикового значения, когда все топливо полностью окислено. После этого давление и, как следствие, cumHRR , медленно снижается (на рис. 2 не показано) за счет охлаждения выхлопных газов за счет теплообмена со стенками камеры. Следовательно, часть cumHRR(t) 9Кривая 0068, полезная для анализа горения, является только восходящей, как показано.

Рисунок 2.

cumHRR(t) кривые для подходов зажигания PTI и SI с использованием воздушно-метановой смеси при λ = 1,6. Перепечатано из [24] с разрешения Elsevier.

По кривой cumHRR(t) можно было оценить следующие параметры:

• задержку воспламенения , определяемую как разность между временем, когда количество выделяющегося тепла достигло значения, равного 10% всего выделенного тепла и время срабатывания триггера;

• продолжительность горения , определяемая как разница между моментами времени, когда выделившееся тепло достигло 90% и 10% от всего выделившегося тепла. Обратите внимание, что «полный» период горения представляет собой сумму задержки воспламенения и продолжительности горения.

Реклама

3. Производительность сжигания ПТИ

3.1. Топливно-воздушные смеси

На рисунке 3 показаны кривые cumHRR(t) , относящиеся к процессам сгорания PTI (a, a’ и a″) и SI (b, b’ и b″). На рис. 3 также представлены результаты для метана, сжиженного нефтяного газа и водорода для разных значений 9.0067 λ . В таблице 2 показано процентное содержание CNT и Fc для различных видов топлива и различных значений λ в испытаниях.

Рисунок 3.

Показаны графики cumHRR(t) для методов зажигания PTI (a, a’ и a″) и SI (b, b’ и b″). Графики в (c, c’ и c») показывают процентное сокращение задержки воспламенения и общей продолжительности сгорания для подхода PTI по ​​отношению (или относительно) к методу SI для различных значений λ. Показаны результаты для метана, сжиженного нефтяного газа и водорода. PTI и SI обозначают фототермическое зажигание и искровое зажигание. Перепечатано из [24] с разрешения Elsevier.

921109

7

7

Метан						СНГ					Водород
λ [-]	1,6	1,9	2.1	2,4	2,7	3,0	1,2	1,5	1,9	2,5	3,7	1,5	1,8	1,9	2,4	2,7	3,4
Воздух [г]	1,73	1,75	1,76	1,77	1,77	1,78	1,79	1,80	1,806	1,82	1,83	1,44	1,49	1,52	1,57	1,59	1,64
Топливо [г]	0,06	0,05	0,05	0,04	0,04	0,03	0,09	0,08	0,06	0,05	0,03	0,03	0,03	0,02	0,02	0,02	0,01
% CNT	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,27	0,27	0,27	0,27	0,27	0,34	0,33	0,32	0,31	0,31	0,30
% Fc	0,84	0,83	0,83	0,83	0,83	0,82	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	1,00	0,99	0,97	0,95	0,93	0,90

Таблица 2.

Количество воздуха, газообразного топлива, CNT и Fc, использованных для каждого испытания. Проценты указаны по массе.

Сравнивая результаты для столбца PTI с результатами для столбца SI на рисунке 3, можно заметить, что горение, инициированное фототермическим воспламенением nIA, выделяет общее количество тепла выше, чем в случае, когда смесь воспламеняется искрой. затыкать. Считается, что этот эффект обусловлен двумя причинами. С одной стороны, ожидается, что теплопередача стенки будет играть роль в SI из-за большей продолжительности горения. С другой стороны, из анализа изображений процесса горения (результаты представлены в следующем разделе) горение, инициированное PTI, включает всю смесь в камере сгорания по сравнению со случаем SI. Таким образом, ожидается, что в случае PTI смесь в периферийных областях камеры сгорания (т. е. в пристеночных областях) будет легче достигаться и сжигаться. В то время как для горения СИ это было бы маловероятно, поскольку фронт распространяющегося пламени охлаждается по мере приближения к стенкам камеры. Более того, сравнивая результаты в столбцах PTI и SI на рисунке 3, можно также утверждать, что с PTI сокращаются как задержка воспламенения, так и продолжительность горения. Этот вывод подтверждается результатами, представленными на рисунке 3(c), (c′) и (c″) для метана, сжиженного нефтяного газа и водорода соответственно, которые показывают процентное относительное сокращение задержки воспламенения и общей продолжительности сгорания с использованием PTI по ​​сравнению с к подходу СИ. Та же тенденция отмечена и в работе [11], где авторы испытали фотоиндуцированное воспламенение покоящихся воздушно-топливных смесей, содержащих взвешенные фоточувствительные наноматериалы. ОУНТ с массовым содержанием примеси Fe 70 % суспендировали в смесях воздух/этилен в статической камере сгорания и подвергали воздействию фотовспышки, вызывая воспламенение смеси. Для целей сравнения были также проведены традиционные эксперименты по воспламенению автомобильной искры для смесей воздуха и этилена.

По-прежнему ссылаясь на рисунок 3, и для всех испытаний с газообразным топливом, увеличивая λ , максимальное значение cumHRR(t) уменьшается и задерживается. Фактически процессы горения ограничены по своей теплоемкости количеством воздуха, смешанного с газообразным топливом. Поэтому максимальное количество газообразного топлива определяется исходя из максимального количества воздуха, с которым система способна работать. Можно отметить, что максимальное значение cumHRR(t) выше при близком к стехиометрическом соотношении и уменьшается при более высоких λ значений. Это связано с тем, что количество воздуха для завершения процесса горения больше, чем необходимо для стехиометрического AFR ( λ  = 1). Во всех испытанных условиях процесс горения с водородом происходит намного быстрее, интенсивнее и показывает более короткую задержку воспламенения и продолжительность горения по сравнению с двумя другими газообразными видами топлива. Это в основном связано с его ламинарной скоростью горения пламени, которая выше, чем у метана и СНГ (см. данные, представленные в таблице 3), и более интенсивной, поскольку более низкая теплота сгорания (LHV) водорода выше, чем у метана и СНГ. Наконец, задержка воспламенения короче, потому что минимальная энергия воспламенения, необходимая для воспламенения водорода, составляет ≈0,02 мДж, а для метана и сжиженного нефтяного газа — 0,3 и 0,26 мДж соответственно.

	Водород	Метан	СНГ
LHV [мДж/кг]	119,9	50,0	46,2
Предел воспламеняемости	2,9–76%	5,3–15%	1,7–9,5%
Температура вспышки [°C]	585	540	480
Минимальная энергия воспламенения [мДж]	0,02	0,30	0,26
Ламинарная скорость пламени [м/с]	2,7–3,3	0,3–0,4	0,3–0,4

Таблица 3.

Физические свойства испытанных газовых топлив.

Из рис. 3(c), (c′) и (c″) видно, что во всех случаях период задержки воспламенения сокращается, когда горение инициируется с использованием подхода PTI. Интересно, что можно также наблюдать, что для метана и сжиженного нефтяного газа преимущество (с точки зрения % сокращения периода задержки воспламенения и общей продолжительности сгорания) PTI уменьшается по мере того, как AFR смеси увеличивается в сторону самой бедной смеси. Исключение составляют метан и самая обедненная испытанная смесь, где это процентное снижение фактически существенно возрастает (с λ 2.7–3.0). Совершенно другая тенденция наблюдается для водорода, где преимущество фотовоспламенения непрерывно увеличивается по мере обеднения смеси. Сравнение процентного сокращения периода задержки воспламенения с сокращением общей продолжительности сгорания показывает, что эти два значения, как правило, очень близки друг к другу. Это говорит о том, что преимущества PTI в первую очередь заключаются в фазе задержки воспламенения при сгорании. Однако можно увидеть немного большую разницу между двумя значениями для СНГ и только для самых низких значений λ .

Пиковые давления сгорания, достигаемые внутри камеры сгорания с использованием методов PTI и SI, представлены на рис. 4(a), (b) и (c) для метана, сжиженного нефтяного газа и водорода соответственно. Кроме того, общая продолжительность горения и время задержки воспламенения показаны на рис. 4 (а’) и (а») для PTI и на рис. 4 (b’) и (b») для подходов SI. Таким образом, выделяются различия между тремя видами газообразного топлива.

Рисунок 4.

Сравнение пиковых давлений a, b и c для CH ₄ , СНГ и H ₂ соответственно. Полная продолжительность горения (а’) и задержка воспламенения (а») с PTI и общая продолжительность горения (b’) и задержка воспламенения (b») с SI для различных значений λ показаны для газообразных топлив, используемых в этом исследовании. Перепечатано из [24] с разрешения Elsevier.

Таким образом, на рисунке 3 видно быстрое повышение давления и, следовательно, более короткое время подъема давления, а также более высокое общее выделение тепла. Кроме того, в основном более высокие пиковые давления наблюдались для подхода PTI, как показано на рисунке 4. Это связано с тем, что воспламенение смеси при импульсном воздействии МУНТ/нЭМ приводит к многочисленным ядрам воспламенения, горящим «одновременно» и, следовательно, ускоряющим выделение тепла в процессе горения. Однако при свечном подходе, как известно, процесс горения запускается только в одной точке (т. е. в пределах свечного промежутка) и далее протекает с распространением фронта пламени. Таким образом, процесс горения топливной смеси далек от одновременного горения, как это происходит почти в случае PTI.

Это пространственно-распределенное воспламенение воздушно-топливной смеси было подтверждено непосредственным наблюдением за процессом сгорания. На рис. 5 показаны последовательные кадры эволюции процесса горения во времени. Сообщается о двух сериях изображений, связанных с процессом сгорания с PTI (левая колонка) и свечой зажигания (правая колонка). Данные относятся к λ  = 2,10 для воздушно-метановой смеси, а временной интервал между двумя последовательными кадрами равен 5 мс. Хорошо видно, что при ПТИ горение идет быстрее и камера сгорания полностью освещена, начиная с пятого кадра, что свидетельствует о пространственном горении. Наоборот, в случае СИ на всех снимках распознается распространение фронта пламени. Кроме того, свет, излучаемый пламенем, слабее.

Рисунок 5.

Фотографии процесса горения воздушно-метановой смеси с λ = 2,10; Сравнение PTI и SI. Перепечатано из [21] с разрешения Elsevier.

Наконец, на рисунке 6 эффективность сгорания η _b с PTI и SI представлена ​​для различных значений λ для CH ₄ , СНГ и H ₂ . Можно отметить, что для каждого испытанного газообразного топлива эффективность сгорания, полученная с процессом сгорания, инициированным процессом PTI, немного выше или сравнима с эффективностью, наблюдаемой при использовании свечи зажигания.

Рисунок 6.

Сравнение эффективности сгорания с PTI и SI при различных значениях λ и для (a) CH ₄ , (b) LPG и (c) H ₂ .

3.2. Воздушно-бензиновые смеси

Впервые возможность воспламенения воздушно-бензиновых смесей с помощью PTI была продемонстрирована в камере сгорания постоянного объема. Процесс горения сравнивался с процессом, полученным в традиционной системе СИ. Для этих испытаний также были рассчитаны количества воздуха и бензина, а также CNT и Fc в процентах от массы топлива в смеси, и они приведены в таблице 4.9.0003

λ [−]	Воздух [г]	Бензин [г]	% УНТ	% ФК
0,4	1,97	0,34	0,22	0,65
0,5	1,97	0,26	0,22	0,67
0,8	1,97	0,16	0,23	0,70
1,2	1,97	0,11	0,24	0,72
2,2	1,97	0,06	0,25	0,74
2,7	1,97	0,05	0,25	0,74

Таблица 4.

Количество воздуха, бензина, CNT и Fc, использованных для каждого испытания. Проценты указаны по массе.

Рисунок 7(a) и (b) показывают cumHRR(t) трасс для испытаний с впрыском жидкого бензина с использованием подходов PTI и SI соответственно. Результаты процентного сокращения продолжительности горения и времени задержки воспламенения с использованием PTI по ​​сравнению с подходом SI также показаны на рисунке 7 (c) и (c′). Данные, представленные на рисунке 7(а), (б) и (в), относятся к испытаниям, когда время пребывания бензинового топлива внутри камеры сгорания (до смешения с поступающим через электромагнитный клапан воздухом) было равно 0 мс. С другой стороны, результаты, представленные на рисунке 7 (a′), (b′) и (c′), относятся к тестам со временем пребывания 500 мс. В первой серии испытаний жидкое топливо после впрыска в камеру сгорания сразу смешивалось с воздухом, поступающим из камеры смешения. Во второй серии испытаний процесс смешения внутри камеры сгорания происходил после времени пребывания топлива, равного 500 мс, до подачи воздуха из камеры смешения в камеру сгорания. Отметим, что поскольку бензин впрыскивается в камеру сгорания в жидкой фазе, случай с нулевым временем пребывания предполагает воспламенение в присутствии топлива, которое преимущественно находится в жидкой фазе. Случай с 500 мс пытается дать время для большего испарения/смешивания, чтобы приблизиться к более однородной смеси. Однако в настоящее время невозможно полностью проверить степень смешивания и гомогенности.

Рис 7.

cumHRR(t) для сжигания впрыска жидкого бензина в камеру, инициированного ПТИ (а, а′) и СИ (б, б′) для различных значений λ и при двух временах пребывания 0 и 500 мс. Показано процентное сокращение задержки воспламенения и общей продолжительности сгорания (c, c′) с PTI по ​​сравнению с подходом SI для разных значений λ и при двух временах пребывания 0 мс и 500 мс. Перепечатано из [24] с разрешения Elsevier.

Также при испытаниях с жидким топливом было замечено, что процесс горения, запускаемый системой фототермического зажигания, имеет ту же тенденцию, что и при использовании газообразного топлива. То есть процесс сгорания, инициированный PTI, генерировал более высокие или сопоставимые cumHRR к наблюдаемому с системой зажигания от свечей зажигания. При увеличении λ , т. е. при сжигании более бедных смесей, пик cumHRR уменьшается и задерживается. Кроме того, на рисунке 7(c) и (c′) видно, что с PTI и задержка воспламенения, и общая продолжительность сгорания короче, чем рассчитанные при использовании SI.

Из рисунка 7 также можно отметить, что процесс сгорания для очень бедной смеси, то есть значение λ , равное 2,7, имел место только для процесса фототермического воспламенения, а пропуски зажигания происходили при воспламенение было инициировано системой свечей зажигания. Эти пропуски зажигания могут быть вызваны либо избытком воздуха в топливно-воздушной смеси, либо характером процесса SI. Поскольку свеча зажигания может обеспечить воспламенение только в одной точке, она по своей сути не способна инициировать и поддерживать фронт пламени в таком сильно бедном состоянии.

На рисунке 8 можно заметить, что эффективность сгорания, полученная с процессом сгорания, вызванным фототермическим воспламенением, немного выше или сравнима с эффективностью, наблюдаемой при использовании свечи зажигания, для обоих периодов пребывания, использованных в этом исследовании.

Рисунок 8.

Эффективность сгорания с PTI и SI для различных значений λ и для испытаний, проведенных со временем пребывания, равным 0 мс (а) и 500 мс (б).

На рис. 9 показаны (а) пиковое давление, (б) задержка воспламенения, (в) продолжительность горения и (г) эффективность сгорания для различных значений λ и для двух испытанных времен пребывания. Как правило, видно, что процесс горения, происходящий в течение более длительного времени пребывания, демонстрирует более высокий пик давления сгорания. Задержка воспламенения для тестов с временем пребывания 500 мс кажется равной или меньше, чем для тестов с 0 мс. Однако как задержка воспламенения, так и продолжительность горения при времени пребывания 500 мс короче, чем при 0 мс. Кроме того, можно было отметить небольшое улучшение полноты сгорания и общего выделяемого тепла (THR) для проведенных испытаний воспламенения смесей, в которых топливо имело более высокое время пребывания до смешения с воздухом. Такое поведение может быть связано с увеличением времени испарения капель бензинового топлива в камере сгорания после впрыска жидкости, что приводит к более однородной и распределенной воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания. Это может облегчить процесс воспламенения и привести к более быстрому расходу воздушно-бензиновой смеси с последующим увеличением пикового давления и эффективности сгорания.

Рисунок 9.

Сравнение (а) пикового давления, (б) задержки воспламенения, (в) общей продолжительности горения, (г) полноты сгорания и общего тепловыделения с ПТИ для различных значений λ и для проведенных испытаний со временем пребывания, равным 0 и 500 мс.

Наконец, в каждом испытании с PTI наблюдались более короткие времена нарастания давления и более высокие пики cumHRR и давлений сгорания, поскольку воспламенение смеси происходило за счет большого количества ядер воспламенения, которые происходили «одновременно», тем самым ускоряя процесс горения. В системе зажигания со свечой зажигания сгорание начинается в одной точке и, следовательно, происходит по механизму распространения пламени. Поэтому процесс горения далеко не «одновременный». Это поведение было подтверждено наблюдением за процессом горения с помощью высокоскоростной визуализации. На рис. 10 показаны высокоскоростные изображения одного события возгорания в каждом случае, инициированного двумя системами зажигания. Сообщается о двух сериях изображений, относящихся к процессу горения с PTI (левый столбец) и SI (правый столбец). Можно отметить, что уже с первого кадра происходит мгновенное и пространственно-распределенное воспламенение частиц МУНТ/нЭМ при импульсном воздействии, что приводит к воспламенению всего заряда в камере сгорания. Действительно, камера сгорания полностью освещена, начиная с третьего кадра. Свет, излучаемый процессом горения, распределяется по всей камере до тех пор, пока процесс горения не завершится. Это может быть связано с тем, что нановоспламенители, пространственно распределенные внутри камеры, способны воспламенять смесь вдали от фактического расположения источника зажигания лампы-вспышки. С другой стороны, процесс горения, запускаемый свечой зажигания, имеет более продолжительную фазу воспламенения, заполненную наличием пламени, начиная с 5-го по 6-й кадр. Первоначально он включает только небольшую часть заряда внутри камеры (т. Е. Рядом с электродами свечи зажигания), а области высокой интенсивности расположены близко к точке срабатывания (т. Е. Свече зажигания). В процессе искрового воспламенения образуется ядро ​​пламени, которое впоследствии распространяется и потребляет топливо со скоростью горения пламени. Обратите внимание, что соотношение воздух/бензин на рисунке 10 соответствует условиям богатой смеси, поскольку оно создает гораздо лучший контраст. Тем не менее, изображения в обедненных условиях также демонстрировали очень похожее поведение горения, описанное здесь.

Рисунок 10.

Фотографии процесса горения при λ = 0,52; сравнение между MWCNTs/nEMs PTI и SI для воздушно-бензиновой смеси.

Реклама

4. Наноструктурированные материалы для автомобильных двигателей

Предварительные результаты подхода PTI показывают возможность объемно-распределенного воспламенения топлива. Однако следующим шагом будет демонстрация таких же результатов на реальном двигателе. Действительно, тот факт, что очень небольшое количество энергии (например, излучаемое обычной фотовспышкой) способно вызвать объемное воспламенение в обедненной топливно-воздушной смеси, может привести к существенному улучшению характеристик двигателя. Существует несколько способов введения наноструктурированных материалов в двигатель, например, либо путем впрыска порошка во впускное отверстие, либо путем смешивания его с топливом. Система волоконно-оптических кабелей и лампа-вспышка могут использоваться для направления энергии вспышки в камеру сгорания.

Но основная проблема заключается в возможном воздействии на окружающую среду нанометрических углеродистых структур в процессе сгорания из-за возможного образования ядер конденсации для дальнейшего образования частиц в двигателе и от некоторых наноструктурированных материалов, ускользающих в процессе сгорания, которые могут попасть в атмосферу. Потенциальное воздействие продуктов горения на здоровье и окружающую среду не может быть легко предсказано на современном этапе исследований. На самом деле ожидается, что в реальных условиях более точный контроль опережения зажигания и более короткое сгорание обеспечат большую гибкость при изменении конструкции двигателя с точки зрения геометрических параметров, а также параметров управления. Это может иметь прямое влияние на уровни исходных загрязнителей. Особую озабоченность вызывает выброс частиц или твердых частиц. С другой стороны, многие двигатели с прямым впрыском, представленные в настоящее время на рынке, уже оснащены системами фильтрации, такими как дизельный сажевый фильтр, для снижения выбросов твердых частиц.

Реклама

5. Выводы

Представленные здесь данные демонстрируют возможность новой концепции воспламенения для инициирования процесса горения нескольких топливно-воздушных смесей. Новая концепция воспламенения называется фототермическим воспламенением (PTI) и состоит в вспыхивании наноэнергетического материала световой вспышкой. Результаты подхода PTI были сопоставлены с результатами, полученными с использованием традиционной системы свечей зажигания, что показало большой потенциал для будущих применений в процессах сгорания, особенно для реализации режима сгорания HCCI в двигателях внутреннего сгорания.

В этой главе показаны многообещающие результаты улучшения сгорания метана, водорода, сжиженного нефтяного газа и бензина с применением этого нового подхода к инициированию горения. В частности, вышеупомянутые топлива смешивали с воздухом в сосуде постоянного объема и воспламеняли с помощью нанопорошка или обычной системы искрового зажигания.

Новое распределенное зажигание, активируемое светом, продемонстрировало превосходные характеристики, включая более короткую продолжительность горения, более короткий период задержки воспламенения, повышенный пик давления и улучшенную эффективность сгорания. Непосредственное наблюдение за процессом горения установило, что показанные здесь преимущества связаны с тем, что фототермическая система зажигания обеспечивает пространственно-распределенное зажигание, что, следовательно, приводит к более быстрому расходу воздушно-топливной смеси в испытательном сосуде. Более высокие пики давления и более короткий период быстрого нарастания достигаются за счет того, что новая система зажигания приводит к многочисленным ядрам воспламенения, которые сгорают почти одновременно, тем самым способствуя объемно-распределенному процессу сгорания в камере сгорания. Это резко отличается от распространения фронта пламени, наблюдаемого при искровом зажигании.

Кроме того, впервые было продемонстрировано, что предлагаемая система зажигания способна воспламенять воздушно-бензиновые смеси при впрыске жидкого бензинового топлива в камеру без изоляции/капсулирования наноэнергетического материала.

Кроме того, процесс горения, вызванный фототермическим воспламенением, был возможен даже при относительном соотношении воздух/топливо 2,7. Зажигание при таком относительном соотношении воздух/топливо было невозможно при использовании здесь обычной системы зажигания от свечи зажигания.

Изображения высокоскоростной камеры, полученные во время процесса сгорания, показывают, что фототермическое воспламенение привело к объемно-распределенному квазигомогенному воспламенению с последующим лучшим и более быстрым расходом воздушно-топливной смеси без заметного фронта пламени. Такое поведение отличается от того, что наблюдается при искровом зажигании, а именно, одна точка воспламенения с последующим распространением пламени по камере сгорания.

Таким образом, использование фототермической системы зажигания является многообещающей технологией управления горением в двигателях внутреннего сгорания, поскольку она характеризуется следующими преимуществами по сравнению с другими системами зажигания:

• зажигание может быть достигнуто дистанционно и пространственно распределено в большом количестве мест; и

• объем, в котором происходит воспламенение, может быть отрегулирован для достижения как локализованного, так и распределенного по объему воспламенения.

Эти результаты считаются имеющими научное и практическое значение, поскольку процесс сгорания, инициированный в смесях с крайне обедненным соотношением воздух/топливо в двигателях HCCI, работающих на обедненной смеси, позволил бы существенно снизить расход топлива, выбросы оксидов азота, и выбросы сажи.

Ссылки

1. 1. Яо М., Чжэн З., Лю Х. Прогресс и последние тенденции в двигателях с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI). Прогресс в области энергетики и науки о горении. 2009;35:398-437
2. 2. Чжао Х, редактор. Двигатели HCCI и CAI для автомобильной промышленности. Издательство Woodhead Publishing в области машиностроения и CRC Press; 2007. с. 557
3. 3. Чехруди Б. Активация и контроль самовоспламенения в двигателях HCCI с использованием объемно-распределенного воспламенения однослойных углеродных нанотрубок в готовом виде. В: Технический документ SAE. 2012. DOI: 10.4271/2012-01-169.1
4. 4. Йоханссон Б. Воспламенение от сжатия гомогенного заряда: будущее двигателей внутреннего сгорания?. Международный журнал автомобильного дизайна. 2007;44:1-19
5. 5. Иидзима С. Спиральные микротрубочки графитового углерода. Природа. 1991;354:56-58
6. 6. Аджаян П.М., Терронес М., де ла Гуардиа А. Нанотрубки в мгновенном зажигании — зажигание и реконструкция. Science 2002;296:705
7. 7. Ценг С., Тай Н., Хсу В., Чен Л., Ван Дж., Чиу С. Зажигание углеродных нанотрубок с помощью фотовспышки. Углерод. 2007;45(5):958-964
8. 8. Бократ Б., Джонсон Дж. К., Шолл Д. С., Ховард Б., Матранья С., Ши В. Зажигание нанотрубок с вспышкой. Наука. 2002;297(5579):192-193
9. 9. Брейди Н., Боттон Г.А., Адронов А. Окисление наночастиц Fe, встроенных в одностенные углеродные нанотрубки, под воздействием яркой вспышки белого света. Нано буквы. 2002;8:1277-1280
10. 10. Смитс Дж., Винчески Б., Намкунг М., Крукс Р., Луи Р. Реакция порошка Fe, очищенных и готовых одностенных углеродных нанотрубок HiPco на воздействие вспышки. Материаловедение и инженерия: A (Конструкционные материалы: свойства, микроструктура и обработка). 2003;358:384-389
11. 11. Berkowitz A, Oehlschlaeger M. Фотоиндуцированное воспламенение покоящихся смесей этилен/воздух, содержащих взвешенные углеродные нанотрубки. Труды Института горения. 2011;33(2):3359-3366
12. 12. Манаа Р., Митчелл А., Гарза Р. Мгновенное зажигание и инициирование смеси нанотрубок взрывчатых веществ. Журнал Американского химического общества. 2005;127:13786-13787
13. 13. Бадахшан А., Данчик С.А., Вирт Д., Пилон Л. Воспламенение распыленного жидкого топлива и имитации твердого ракетного топлива путем фотовоспламенения углеродных нанотрубок с использованием фотовспышки. В: JANNAF-Liquid Propulsion Conference 2011; 5-9 декабря; Хантсвилл, Алабама. 2011
14. 14. Чехруди Б. Нанотехнологии и прикладное горение: использование наноструктурированных материалов для активируемого светом распределенного воспламенения топлива в двигательных установках. Последние патенты на космические технологии. 2012;1(2):107-122
15. 15. Чехруди Б., Вагджиани Г.Л., Кецдевер А. Метод распределенного воспламенения топлива источниками света. Патент США 7517215 B1. 2009
16. 16. Чехруди Б., Вагджиани Г.Л., Кецдевер А. Устройство для распределенного зажигания топлива источниками света. Патент США 7665985 Б1. 2010
17. 17. Чехруди Б., Бадашан А., Данчик С.А., Морган С. Характеристики воспламенения однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с использованием вспышки камеры для распределенного воспламенения жидких аэрозолей. В: Совместное совещание армии, флота, НАСА и ВВС (JANNAF) по двигателям (JPM) и 6 ^th Modeling and Simulation/4 ^th Liquid Propulsion/3 ^ed Совместное совещание подкомитета по движению космических кораблей; 8-12 декабря; Орландо, Флорида. 2008
18. 18. Чехруди Б, Данчик С.А. Новый метод распределенного зажигания с использованием одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) и маломощной вспышки. In: Global Powertrain Congress, World Powertrain Conference & Exposition; 19 сентября-21; Нови, Мичиган. 2006
19. 19. Чехруди Б, Данчик С.А., Кецдевер А., Вагджиани Г.Л. Новое маломощное воспламенение топлива с использованием одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT) и вспышки камеры. В: 53-е заседание межведомственного двигательного комитета JANNAF, 2-й подкомитет по жидкостным двигателям, 1-й подкомитет по двигателям космических аппаратов; 5-8 декабря; Монтерей, Калифорния. 2005
20. 20. Чехруди Б, Данчик С.А. Инновационный метод зажигания с использованием ОУНТ и фотовспышки. In: Институт нанонауки и технологий (NSTI), Конференция и выставка по нанотехнологиям; 8-12 мая; Анахайм, Калифорния. 2005. с. 226-229
21. 21. Карлуччи А.П., Стафелла Л. Зажигание воздушно-метановой смеси с помощью многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) и сравнение с искровым зажиганием. Энергетическая процедура. 2015;82:915-920
22. 22. Карлуччи А.П., Чиккарелла Г., Страфелла Л. Многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) в качестве воспламенителей для смесей воздух/метан. IEEE Transactions по нанотехнологиям. 2016;15(5):699-704
23. 23. Visconti P, Primiceri P, Longo D, Strafella L, Carlucci AP, Lomascolo M, et al. Процесс фотовоспламенения многостенных углеродных нанотрубок и ферроцена при непрерывном освещении ксеноновой лампой. Журнал нанотехнологий Beilstein. 2017;8:134-144. DOI: 10.3762/bjnano.8.14
24. 24. Ficarella A, Carlucci AP, Chehroudi B, Laforgia D, Strafella L. Многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT), связанные с частицами ферроцена, в качестве воспламенителей топливно-воздушных смесей. Топливо. 2017;208:734-745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.07.052

Sections

Author information

• 1.Introduction
• 2. Experimental setup
• 3.Performance of PTI combustion
• 4 .Наноструктурные материалы для автомобильных двигателей
• 5. Выводы

Ссылки

Реклама

Автор:

Антонио Паоло Карлуччи, Брюс Чехруди, Антонио Фикарелла,
Доменико Лафорджа и Лучано Страфелла

Подано: 24 апреля 2017 г. Отредактировано: 8 сентября 2017 г. Опубликовано: 20 декабря 2017 г.

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

© 2017 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Двигатель внутреннего сгорания.

Объяснение

Современный двигатель внутреннего сгорания — это технологическое чудо, механическое чудо, для использования которого требуется мало знаний о его работе. Если вы не автолюбитель, вы, вероятно, не слишком много думаете о двигателе своего автомобиля.

Пока что-то не пойдет не так под капотом, конечно. Когда дела идут плохо, проблемы и причины могут сбить с толку многих водителей, для которых такие термины, как «поршень» и «картер» — непонятная номенклатура, а «боксер» напоминает Мухаммеда Али, а не Фердинанда Порше.

Итак, чтобы дать немного ясности о том, что происходит под капотом, мы в Gear Patrol собрали краткое руководство о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, и краткое изложение различных типов двигателей внутреннего сгорания, доступных для массового потребителя. автомобили.

Термины, которые необходимо знать

Карбюратор: Устройство, которое смешивает воздух и топливо в правильном соотношении для сгорания. Система механическая, а не электронная, как современные двигатели с впрыском топлива или прямым впрыском; как таковой, он менее эффективен.
Картер: Часть блока цилиндров, в которой находится коленчатый вал. Обычно изготавливается из одного или двух кусков алюминия или чугуна.
Коленчатый вал: Компонент двигателя, соединенный с поршнями и обеспечивающий вращательное движение при сгорании.
Цилиндр: Часть блока цилиндров, в которой находятся поршень и шатун, а также место, где происходит сгорание.
Прямой впрыск: Метод, при котором бензин впрыскивается под давлением в камеру сгорания цилиндра. В отличие от впрыска топлива, когда газ впрыскивается во впускное отверстие цилиндра.
Harmonic Balancer: Также известное как демпфер, круглое устройство из резины и металла, прикрепленное к передней части коленчатого вала для поглощения вибраций и уменьшения износа коленчатого вала. Он уменьшает гармоники двигателя, возникающие при движении нескольких цилиндров вдоль коленчатого вала.
Поршень: Компонент, размещенный внутри стенок цилиндра и закрепленный поршневыми кольцами. Он движется вверх и вниз во время четырехтактного процесса сгорания, создавая силу при взрыве топлива, и воздух перемещает его.
Rev Matching: Технология в автомобилях с механической коробкой передач, в которой используются датчики на педали сцепления, переключении передач и трансмиссии, отправляющие сигналы на электронный блок управления, которые сообщают ему о необходимости автоматически увеличивать обороты двигателя, если число оборотов в минуту падает слишком низко. Согласование оборотов также происходит во время понижения передачи, повышая обороты, чтобы соответствовать более низкой передаче. Это снижает износ двигателя и делает процесс переключения более плавным.
Крутильная вибрация: Вибрация, возникающая из-за вращающихся валов внутри автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания

Как только вы снимаете защитную пластиковую крышку двигателя, которая есть в большинстве новых автомобилей, обнажается сердце автомобиля: двигатель, окруженный радиатором, резервуарами для жидкости, воздушной камерой и аккумулятором. Независимо от того, насколько сложными могут быть двигатели — отчасти благодаря таким функциям, как прямой впрыск, согласование оборотов и т. д. — в большинстве автомобилей используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования топлива в кинетическую энергию. В двух словах, ваш двигатель 1. всасывает воздух и топливо, 2. сжимает его, 3. воспламеняет его, толкая поршни вниз и создавая механическую силу, которая приводит в движение автомобиль, а 4. выталкивает воздух, чтобы освободить место для следующий раунд цикла.

Хотя фактический процесс значительно сложнее, четыре этапа можно в основном суммировать следующим образом:

Такт впуска: Воздух и топливо всасываются в цилиндр по мере движения поршня вниз.
Такт сжатия: Воздух, подаваемый в двигатель, и топливо сжимаются, когда цилиндр перемещается в положение хода вверх.
Такт сгорания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая давление. Расширяющаяся смесь толкает поршень вниз.
Такт выпуска: Образующаяся в результате воспламенения и расширения газовая смесь выбрасывается из цилиндра как отходы.

Мощность двигателя сильно различается в зависимости от количества цилиндров, конфигурации двигателя и таких технологий, как турбонаддув и наддув. Лошадиная сила — это не просто добавление цилиндров или рабочего объема; на самом деле, многие из современных высокопроизводительных четырехцилиндровых двигателей могут легко соответствовать или превосходить мощность своих шестицилиндровых собратьев. В наши дни это также игра технологий; соедините бензиновый двигатель меньшего размера с электродвигателем, и вы получите рецепт дополнительного ускорения. (Пример: BMW i8, который сочетает в себе 1,5-литровый рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом и электродвигатель общей мощностью 357 лошадиных сил и 420 фунт-фут крутящего момента.)

Типы двигателей

Современные двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь развития с 1876 года, когда уроженец Германии Николаус Отто построил первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Сегодня автомобильные инженеры регулярно творят чудеса, извлекая из конструкции максимальную мощность и эффективность. И хотя гибридные и электрические трансмиссии находятся на подъеме, на данный момент двигатели внутреннего сгорания — рядные/прямые, V-образные и оппозитные/плоские, работающие на бензине или дизельном топливе, владеют дорогой.

Рядные/прямые двигатели

Примеры рядных/рядных двигателей
Рядный/рядный-3: BMW i8
Рядный/рядный-четыре: Honda Civic Si
Рядный/рядный-шесть: 903 M BMW X90 / X4 In-6 «рядный» или «прямой» двигатель, цилиндры расположены по прямой линии. Подавляющее большинство четырехцилиндровых автомобилей на дорогах представляют собой рядные четырехцилиндровые двигатели, поэтому в отрасли их обычно называют «четырехцилиндровыми». Рядные четырехцилиндровые двигатели, как правило, используются в автомобилях эконом-класса, поскольку они дешевле в изготовлении и проще в обслуживании — цилиндры расположены вдоль одного коленчатого вала, который приводит в движение поршни.

Рядный/рядный шестицилиндровый двигатель по своей природе сбалансирован благодаря тому факту, что в нем нет вторичных гармоник, создаваемых парами поршней, движущихся под нечетными углами или на разных осях относительно друг друга, что приводит к гораздо меньшей вибрации, чем у рядных четырехцилиндровых двигателей. -цилиндровые двигатели. В настоящее время только BMW и Mercedes-Benz производят рядные/рядные шестицилиндровые двигатели для своих легковых автомобилей, и они имеют звездную репутацию благодаря плавности хода и сбалансированности.

V-образные двигатели

Примеры двигателей V-типа
V-4: Porsche 919 Hybrid Le Mans
V-6: Toyota 4runner
V-8: Dodge Challenger
v -1829: Dodge Challenger
v-10. -12: Ferrari 821 Superfast

«V-6» и «V-8» настолько прочно вошли в американский словарь, что некоторые люди могут не знать, что двигатели бывают другого формата. Двигатели V-типа обычно имеют два ряда цилиндров, установленных под углом 90 градусов друг к другу — отсюда и V-образная форма — с каждым рядом, имеющим половину общего количества цилиндров. В результате двигатели V-образного типа короче и занимают меньше места, чем прямые, что позволяет автопроизводителям уменьшить размер моторного отсека и увеличить зоны деформации и пространство для пассажиров. Их также легче установить ниже в автомобиле, что улучшает управляемость.

Если вы считаете себя фанатом автоспорта, вам нравятся V-образные двигатели, поскольку они часто используются в гоночных автомобилях. Жесткая конструкция и прочные материалы, используемые в двигателях V-образного типа, позволяют им выдерживать высокие нагрузки. Это также обеспечивает низкие силы крутильных колебаний, обеспечивая плавность хода при переключении передач и высоких оборотах.

Оппозитный/плоский двигатель

Примеры оппозитных/плоских двигателей
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель: Subaru WRX
Плоский шестицилиндровый двигатель: Porsche 911 Carrera

Термин «боксерский» двигатель происходит от расположения поршней, расположенных горизонтально друг к другу, подобно тому, как два противоборствующих боксера касаются перчаток в начале боя. Поршни в оппозитном / плоском двигателе образуют два ряда — по одному с каждой стороны одного коленчатого вала.

Оппозитный двигатель не просто звучит устрашающе; он обеспечивает более низкий центр тяжести, чем рядные / прямые и V-образные двигатели, улучшая управляемость. (Есть причина, по которой Porsche использует оппозитный двигатель в своих 911, спортивные автомобили 718 Boxster и 718 Cayman.) Однако оппозитные двигатели, как правило, более громоздки и имеют более неудобную форму, что затрудняет их размещение в переднем моторном отсеке. (Однако Subaru — единственный другой производитель автомобилей, использующий в настоящее время оппозитный двигатель — делает это довольно успешно.)

Дизельные двигатели

Примеры дизельных двигателей
Турбодизель V-6: Ram 1500 EcoDiesel
V- 8 Турбодизель: Ford F-250 Super Duty

Избавьтесь от старого представления о дыме, извергающемся из хриплых 18-колесных транспортных средств; современные дизельные двигатели с чистым сгоранием, используемые в легковых автомобилях, гораздо менее грубы. Сгорание, которое происходит в дизельном двигателе, не требует искры; скорее, высокоэнергетическое дизельное топливо воспламеняется за счет сильного сжатия поршней: воздух сжимается, нагревая его до очень высоких температур; впрыскивается топливо, и смесь воспламеняется.

Хотя дизельные двигатели бывают с разным количеством цилиндров, они отличаются от своих газовых аналогов тем, что используют сжатие, а не искру для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси. Но дело не только в том, как происходит сгорание, что отличает эти силовые установки: в силу того факта, что для сгорания требуется более высокое давление, дизельный двигатель должен быть сконструирован как танк, чтобы противостоять злоупотреблениям. В результате они, как правило, служат дольше, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания. Дизельные двигатели также более эффективны; они извлекают больше энергии из своего топлива, чем из бензина.

И, наконец, дизельные двигатели обладают одним преимуществом, которое любят многие энтузиасты: больший крутящий момент при более низких оборотах двигателя, благодаря чему они чувствуют себя более динамично при трогании с места.

Подробнее Обзоры Gear Patrol

Горячие дубли и подробные обзоры заслуживающих внимания, актуальных и интересных продуктов. Прочтите статью

Продвижение Toyota на водородном топливе привлекает поставщиков. мощная сила для углеродной нейтральности в автомобильной промышленности, которая сходит с ума из-за чисто электрических транспортных средств.

Но Toyota Motor Corp. неожиданно находит союзников в мире поставщиков.

Американский гигант турбонаддува BorgWarner Inc. и японский специалист по поршневым кольцам Riken Corp. гонятся за чистым двигателем внутреннего сгорания. Оба активизировали разработку технологий сжигания водорода с нулевым уровнем выбросов вместо грязного бензина в двигателях завтрашнего дня.

Не водородные топливные элементы, а двигатели внутреннего сгорания, в которых вместо бензина используется водород.

Растущий список компаний с энтузиазмом относится к этой идее.

BorgWarner выпускает полную линейку компонентов для водородных двигателей, включая форсунки, систему топливораспределения и электронный блок управления. В этом году компания из Мичигана даже выиграла свой первый контракт на поставку новой установки европейскому производителю строительной техники.

В то же время в прошлом году компания Riken создала новое подразделение для разработки компонентов водородного двигателя. А в мае открыла центр оценки водородных двигателей на заводе в Японии.

Toyota активно, хотя иногда и в одиночку, выступала за сжигание водорода с тех пор, как Тойода сел за руль прототипа гоночного автомобиля Corolla. За последний год он участвовал в многочисленных гонках на Corolla, работающей на водороде, а совсем недавно — на Yaris с водородным двигателем.

Но заявление Тойоды о том, что врагом является углерод, а не горение, не получило должной поддержки в мировой индустрии, которая вкладывает сотни миллиардов долларов в подключаемые электромобили.

Более чистое сгорание

Сжигание водорода фактически не содержит углерода. Кроме того, у него есть дополнительное преимущество, заключающееся в использовании существующих технологий двигателей и разветвленной всемирной сети поставщиков и рабочих, которые их разрабатывают и поставляют. Для компаний, занимающихся продуктами внутреннего сгорания, таких как BorgWarner или Riken, водород обещает более плавный переход к углеродно-нейтральному будущему.

«Проблема не в двигателе внутреннего сгорания, — сказал Ханс Хардам, региональный менеджер и главный инженер по топливным системам BorgWarner Japan Ltd. — Проблема в углероде».

Его мнение полностью совпадает с мнением Тойоды. Будучи главой крупнейшего в мире автопроизводителя, Тойода не упускает возможности поддержать философию своей компании, согласно которой чистое сгорание так же жизнеспособно в углеродно-нейтральном гамбите, как электромобили и автомобили на топливных элементах.

Между тем, другие производители автомобильной промышленности углубляются в сжигание водорода, в том числе Daimler, MAN Truck and Bus, производитель двигателей Cummins и специалист по силовым агрегатам AVL. В Японии Yamaha Motor рассматривает возможность его использования в мотоциклах и вездеходах. Ранее в этом году Yamaha разработала 5,0-литровый водородный двигатель V-8 на основе трансмиссии Toyota, используемой в спортивном купе Lexus RC F.

Стремясь еще выше, Rolls-Royce объединяется с easyJet для установки водородных двигателей на самолеты.

На земле сторонники сжигания водорода видят потенциал для ранней коммерциализации в грузовиках и других тяжелых транспортных средствах в строительстве, сельском хозяйстве или на судах. Плотность водорода делает его лучшей заменой дизельному топливу, чем электрическим батареям. Считается, что машинам, которые работают долгие часы с большими нагрузками, потребуются непрактичные тяжелые и дорогие аккумуляторные батареи.

BorgWarner предполагает первоначальное применение в тяжелых транспортных средствах, но также видит применение в внедорожниках и пикапах — транспортных средствах, которые сами по себе тяжелые и часто используются для перевозки тяжелых грузов. Но компания также считает, что есть возможность для сжигания водорода на нишевых рынках спортивных автомобилей и внедорожников.

 

Резкое преобразование

Компания BorgWarner работает над сжиганием водорода уже десять лет и имеет два центра разработки в Европе: один в Блуа, Франция, другой в Джиллингеме, Великобритания. Но обсуждения с клиентами активизировались только в последние годы, сказал Хардам.

Для специалистов по сжиганию топлива старой школы, таких как BorgWarner и Riken, перспектива сжигания водорода смягчает то, что в противном случае могло бы стать резким переходом к полностью электрическому будущему.

«Индустрия автозапчастей также сталкивается с «периодом больших перемен, который бывает раз в столетие», и ей необходимо претерпеть серьезные изменения и реформы», — сказал Riken о своей водородной инициативе. «Мы будем максимально использовать знания о двигателях, которые мы накопили за 90 лет, и сосредоточимся на разработке водородных двигателей в качестве двигателей следующего поколения, обеспечивающих обезуглероживание».

Поставщики находятся под давлением. BorgWarner взяла на себя обязательство к 2035 году добиться нулевого выброса углерода в своей деятельности и рассматривает сжигание водорода как способ облегчить будущее за счет настройки сегодняшних технологий.

«С 5,5 миллионами человек, работающих в автомобильной промышленности Японии, мы хотим избежать слишком быстрых структурных изменений в отрасли», — сказал Кунихико Мисима, генеральный директор BorgWarner Morse Systems Japan, одного из местных филиалов компании. «Вот почему японские производители думают об альтернативных видах топлива и так далее. Японские OEM-производители очень серьезно относятся к углеродной нейтральности».

Существующий опыт

Но BorgWarner, объем продаж оригинальных запасных частей которого в прошлом году достиг чуть менее 14 миллиардов долларов, хочет стать углеродно-нейтральным, опираясь на свой существующий опыт в области турбокомпрессоров, форсунок, топливных рамп, датчиков температуры и систем рециркуляции отработавших газов. Компания также видит потенциал в блоках управления водородными двигателями и программных модулях для регулирования давления водорода в баке.

Турбокомпрессоры, в частности, необходимы для водородных двигателей, чтобы обеспечить оптимальный баланс мощности и выбросов, сообщает компания. Водороду требуется больше воздуха, чем бензину в уравнении сгорания, и он должен работать на обедненной смеси, чтобы снизить температуру. По прогнозам BorgWarner, у водорода также есть потенциал для более высокой тепловой эффективности, чем у бензина.

Несмотря на то, что системы практически не содержат углерода — они выделяют лишь следовые количества от сгоревшей смазки — они не являются свободными от выбросов. Как и в случае с дизельным топливом, основной проблемой является оксид азота.

Но BorgWarner рассматривает сжигание водорода как важный инструмент для достижения своей корпоративной цели по углеродной нейтральности к 2035 году. зеленее завтра.

Небольшие легковые автомобили, скорее всего, будут тяготеть к чистым электрическим батареям, в то время как водородные топливные элементы в конечном итоге станут более массовым вариантом по всем направлениям.

Но сжигание водорода заполнит некоторые пробелы.

 

Коктейль

Технология увеличивает стоимость существующих двигателей на 30 процентов. Но поскольку он основан на проверенной технологии, сжигание водорода по-прежнему дешевле, чем электричество в батареях и топливных элементах.

А поскольку цепочка поставок уже существует, водородное сжигание может быть выведено на рынок быстрее, чем батареи следующего поколения и блоки топливных элементов. Сторонники говорят, что по сравнению с топливными элементами сжигание водорода менее затратно, надежнее и долговечнее. Но она также немного отстает от технологии топливных элементов по эффективности. И по сравнению с чисто аккумуляторными электрическими системами, сжигание водорода лучше работает в холодных и жарких условиях и при больших нагрузках.

Поскольку сжигание водорода является зарождающейся и нишевой технологией, мало что можно сказать о прогнозе ее проникновения на рынок в долгосрочной перспективе. Но BorgWarner прогнозирует, что сжигание водорода в конечном итоге может составлять от 20 до 30 процентов в секторе большегрузных транспортных средств и оборудования.

«Еще много неизвестного», сказал Хардам. «Но у этого рынка есть большой потенциал».

Использование существующих технологий сжигания топлива является ключевым фактором для поставщиков старой школы, таких как BorgWarner. Но даже стремясь модернизировать свой портфель, он не игнорирует переход на электромобили. В прошлом году компания получила чуть менее 3% своего глобального дохода от продуктов, связанных с электромобилями. Он хочет, чтобы этот показатель увеличился до 25 или более процентов в 2025 году, а затем до 45 процентов в 2030 году. У него есть длинный контрольный список новых продуктов, в том числе электродвигатели, инверторы, бортовые зарядные устройства, преобразователи постоянного тока и аккумуляторы. пакетные контроллеры.

«Вы увидите гораздо большее разнообразие силовых агрегатов, — сказал Хардам. «Это будет смесь решений в зависимости от рынка, региона, политики компании и государственной политики».

BorgWarner имеет большое присутствие в Японии, имея два завода и сеть технических центров и конструкторских бюро, которые обслуживают почти все крупные автопроизводители Японии.

Как работает ядерный двигатель. Ядерные реактивные двигатели – будущее космонавтики

Советские и американские ученые разрабатывали ракетные двигатели на ядерном топливе с середины XX века. Дальше прототипов и единичных испытаний эти разработки не продвинулись, но сейчас единственная ракетная двигательная установка, которая использует ядерную энергию, создается в России. «Реактор» изучил историю попыток внедрения ядерных ракетных двигателей.

Когда человечество только начало покорять космос, перед учеными встала задача энергообеспечения космических аппаратов. Исследователи обратили внимание на возможность использования ядерной энергии в космосе, создав концепцию ядерного ракетного двигателя. Такой двигатель должен был использовать энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

В СССР уже в 1947 году начались работы по созданию ядерного ракетного двигателя. В 1953 году советские специалисты отмечали, что «использование атомной энергии позволит получить практически неограниченные дальности и резко снизить полетный вес ракет» (цитата по изданию «Ядерные ракетные двигатели » под редакцией А. С. Коротеева, М, 2001). Тогда двигательные установки на ядерной энергии предназначались, в первую очередь, для оснащения баллистических ракет, поэтому интерес правительства к разработкам был большим. Президент США Джон Кеннеди в 1961 году назвал национальную программу по созданию ракеты с ядерным ракетным двигателем (Project Rover) одним из четырех приоритетных направлений в завоевании космоса.

Реактор KIWI, 1959 год. Фото: NASA.

В конце 1950-х американские ученые создали реакторы KIWI. Они много раз были испытаны, разработчики сделали большое количество модификаций. Часто при испытаниях происходили неудачи, например, однажды произошло разрушение активной зоны двигателя и обнаружилась большая утечка водорода.

В начале 1960-х как в США, так и в СССР были созданы предпосылки для реализации планов по созданию ядерных ракетных двигателей, но каждая страна шла своей дорогой. США создавали много конструкций твердофазных реакторов для таких двигателей и испытывали их на открытых стендах. СССР вел отработку тепловыделяющей сборки и других элементов двигателя, готовя производственную, испытательную, кадровую базу для более широкого «наступления».

Схема ЯРД NERVA. Иллюстрация: NASA.

В США уже в 1962 году президент Кеннеди заявил, что «ядерная ракета не будет применяться в первых полетах на Луну», поэтому стоит направлять средства, выделяемые на освоение космоса, на другие разработки. На рубеже 1960-1970-х были испытаны еще два реактора (PEWEE в 1968 году и NF-1 в 1972 году) в рамках программы NERVA . Но финансирование было сосредоточено на лунной программе, поэтому программа США по созданию ядерных двигателей сокращалась в объеме, и в 1972 году была закрыта.

Фильм NASA про ядерный реактивный двигатель NERVA.

В Советском Союзе разработки ядерных ракетных двигателей продолжались до 1970-х годов, а руководила ими известнейшая ныне триада отечественных ученых-академиков: Мстислав Келдыш, Игорь Курчатов и . Они оценивали возможности создания и применения ракет с ядерными двигателями достаточно оптимистично. Казалось, что вот-вот, и СССР запустит такую ракету. Прошли огневые испытания на Семипалатинском полигоне — в 1978 году состоялся энергетический пуск первого реактора ядерного ракетного двигателя 11Б91 (или РД-0410), потом еще две серии испытаний — второго и третьего аппаратов 11Б91-ИР-100. Это были первые и последние советские ядерно-ракетные двигатели.

М.В. Келдыш и С.П. Королев в гостях у И.В. Курчатова, 1959 г.

Александр Лосев

Быстрое развитие ракетно-космической техники в XX веке было обусловлено военно-стратегическими, политическими и, в определенной степени, идеологическими целями и интересами двух сверхдержав — СССР и США, а все государственные космические программы являлись продолжением их военных проектов, где главной задачей была необходимость обеспечить обороноспособность и стратегический паритет с вероятным противником. Стоимость создания техники и затраты на эксплуатацию тогда не имели принципиального значения. На создание ракет-носителей и космических аппаратов выделялись колоссальные ресурсы, а 108 минут полета Юрия Гагарина в 1961 году и телетрансляция Нила Армстронга и Базза Олдрина с поверхности Луны в 1969 году были не просто триумфами научно-технической мысли, они еще рассматривались как стратегические победы в битвах «Холодной войны».

Но после того как Советский Союз распался и выбыл из гонки за мировое лидерство, у его геополитических противников, прежде всего у США, исчезла необходимость реализовывать престижные, но крайне затратные космические проекты, чтобы доказывать всему миру превосходство западной экономической системы и идеологических концепций.
В 90-х годах основные политические задачи прошлых лет утратили актуальность, блоковое противостояние сменилось глобализацией, в мире возобладал прагматизм, поэтому большинство космических программ было свернуто или отложено, от масштабных проектов прошлого осталась, как наследие, только МКС. К тому же западная демократия поставила все дорогостоящие государственные программы в зависимость от электоральных циклов.
Поддержка избирателей, необходимая для получения или сохранения власти, заставляет политиков, парламенты и правительства склоняться к популизму и решать сиюминутные задачи, поэтому траты на исследования космоса сокращаются год от года.
Большинство фундаментальных открытий было сделано еще в первой половине ХХ века, а в наши дни наука и технологии достигли определенных пределов, к тому же во всем мире снизилась популярность научных знаний, и ухудшилось качество преподавания математики, физики и других естественных наук. Это и стало причиной застоя, в том числе и в космической сфере, последних двух десятилетий.
Но сейчас становится очевидным, что мир приближается к концу очередного технологического цикла, основанного на открытиях прошлого века. Поэтому любая держава, которая будет обладать принципиально новыми перспективными технологиями в момент смены глобального технологического уклада, автоматически обеспечит себе мировое лидерство как минимум на следующие пятьдесят лет.

Принципиальное устройство ЯРД с водородом в качестве рабочего тела

Это осознают и в Соединенных Штатах, где взят курс на возрождение американского величия во всех сферах деятельности, и в Китае, бросающем вызов американской гегемонии, и в Евросоюзе, который всеми силами пытается сохранить свой вес в глобальной экономике.
Там существует промышленная политика и всерьез занимаются развитием собственного научно-технического и производственного потенциала, а космическая сфера может стать наилучшим полигоном для отработки новых технологий и для доказательства или опровержения научных гипотез, способных заложить основу для создания принципиально иной более совершенной техники будущего.
И вполне естественно ожидать, что США будет первой страной, где возобновятся проекты исследования дальнего космоса с целью создания уникальных инновационных технологий как в области вооружений, транспорта и конструкционных материалов, так и в биомедицине и в сфере телекоммуникаций
Правда, ни даже Соединенным Штатам, успех на пути создания революционных технологий не гарантирован. Есть высокий риск оказаться в тупике, совершенствуя ракетные двигатели полувековой давности на основе химического топлива, как это делает компания SpaceX Илона Маска, или, создавая системы жизнеобеспечения длительного перелета похожие на те, что уже реализованы на МКС.
Может ли Россия, чья стагнация в космической сфере с каждым годом становится заметнее, совершить рывок в гонке за будущее технологическое лидерство, чтобы оставаться в клубе сверхдержав, а не в списке развивающихся стран?
Да, безусловно, Россия может, и более того, заметный шаг вперед уже сделан в ядерной энергетике и в технологиях ядерных ракетных двигателей, несмотря на хроническое недофинансирование космической отрасли.
Будущее космонавтики — это использование ядерной энергии. Чтобы понять, как связаны ядерные технологии и космос, необходимо рассмотреть основные принципы реактивного движения.
Итак, основные типы современных космических двигателей созданы на принципах химической энергетики. Это твердотопливные ускорители и жидкостные ракетные двигатели, в их камерах сгорания компоненты топлива (горючее и окислитель) вступая в экзотермическую физико-химическую реакцию горения, формируют реактивную струю, ежесекундно выбрасывающую из сопла двигателя тонны вещества. Кинетическая энергия рабочего тела струи преобразуется в реактивную силу, достаточную для движения ракеты. Удельный импульс (отношение создаваемой тяги к массе используемого топлива) таких химических двигателей зависит от компонентов топлива, давления и температуры в камере сгорания, а также от молекулярной массы газообразной смеси, выбрасываемой через сопло двигателя.
И чем выше температура вещества и давление внутри камеры сгорания, и чем ниже молекулярная масса газа, тем выше удельный импульс, а значит и эффективность двигателя. Удельный импульс — это количество движения, и его принято измерять в метрах в секунду, также как и скорость.
В химических двигателях наибольший удельный импульс дают топливные смеси кислород-водород и фтор-водород (4500–4700 м/с), но самыми популярными (и удобными в эксплуатации) стали ракетные двигатели, работающие на керосине и кислороде, например двигатели «Союзов» и ракет «Falcon» Маска, а также двигатели на несимметричном диметилгидразине (НДМГ) с окислителем в виде смеси тетраоксида азота и азотной кислоты (советский и российский «Протон», французский «Ариан», американский «Титан»). Их эффективность в 1.5 раза ниже, чем у двигателей на водородном топливе, но и импульса в 3000 м/с и мощности вполне достаточно, для того, чтобы было экономически выгодно выводить тонны полезной нагрузки на околоземные орбиты.
Но полеты к другим планетам требуют намного большего размера космических кораблей, чем все, что были созданы человечеством ранее, включая модульную МКС. В этих кораблях необходимо обеспечивать и длительное автономное существование экипажей, и определенный запас топлива и ресурс работы маршевых двигателей и двигателей для маневров и коррекции орбит, предусмотреть доставку космонавтов в специальном посадочном модуле на поверхность иной планеты, и возврат их на основной транспортный корабль, а затем и возвращение экспедиции на Землю.
Накопленные инженерно-технические знания и химическая энергетика двигателей позволяют вернуться на Луну и достигнуть Марса, поэтому велика вероятность, что в следующем десятилетии человечество побывает на Красной планете.
Если опираться только на имеющиеся космические технологии, то минимальная масса обитаемого модуля для пилотируемого полета к Марсу или к спутникам Юпитера и Сатурна составит примерно 90 тонн, что в 3 раза больше, чем лунные корабли начала 1970-х, а значит, ракеты-носители для их выведения на опорные орбиты для дальнейшего полета к Марсу будут намного превосходить «Сатурн-5» (стартовая масса 2965 тонн) лунного проекта «Аполлон» или советский носитель «Энергия» (стартовая масса 2400 тонн). Потребуется создать на орбите межпланетный комплекс массой до 500 тонн. Полет на межпланетном корабле с химическими ракетными двигателями потребует от 8 месяцев до 1 года времени только в одну сторону, потому что придется делать гравитационные маневры, используя для дополнительного разгона корабля силу притяжения планет, и колоссального запаса топлива.
Но используя химическую энергию ракетных двигателей дальше орбиты Марса или Венеры человечество не улетит. Нужны другие скорости полета космических кораблей и иная более мощная энергетика движения.

Современный проект ядерного ракетного двигателя Princeton Satellite Systems

Для освоения дальнего космоса необходимо значительно повысить тяговооруженность и эффективность ракетного двигателя, а значит увеличить его удельный импульс и ресурс работы. А для этого необходимо внутри камеры двигателя нагреть газ или вещество рабочего тела с низкой атомной массой до температур, в несколько раз превосходящих температуру химического горения традиционных топливных смесей, и сделать это можно с помощью ядерной реакции.
Если вместо обычной камеры сгорания внутрь ракетного двигателя поместить ядерный реактор, в активную зону которого будет подаваться вещество в жидком или газообразном виде, то оно, разогреваясь под большим давлением до нескольких тысяч градусов, начнет выбрасываться через канал сопла, создавая реактивную тягу. Удельный импульс такого ядерного реактивного двигателя будет в несколько раз больше, чем у обычного на химических компонентах, а значит многократно увеличится эффективность как самого двигателя, так и ракеты-носителя в целом. Окислитель для горения топлива при этом не потребуется, а в качестве вещества, создающего реактивную тягу, может быть использован легкий газ водород, мы же знаем, что чем меньше молекулярная масса газа, тем выше импульс, а это позволит намного уменьшить массу ракеты при лучших характеристиках мощности двигателя.
Ядерный двигатель будет лучше обычного, поскольку в зоне реактора легкий газ может нагреваться до температур, превышающих 9 тысяч градусов Кельвина, и струя такого перегретого газа обеспечит намного больший удельный импульс, чем могут дать обычные химические двигатели. Но это в теории.
Опасность даже не в том, что при старте ракеты-носителя с такой ядерной установкой может произойти радиоактивное загрязнение атмосферы и пространства вокруг пусковой площадки, основная проблема, что при высоких температурах может расплавиться сам двигатель вместе с космическим кораблем. Конструкторы и инженеры это понимают и уже несколько десятилетий пытаются найти подходящие решения.
У ядерных ракетных двигателей (ЯРД) есть уже своя история создания и эксплуатации в космосе. Первые разработки ядерных двигателей начались в середине 1950-х годов, то есть еще до полета человека в космос, и практически одновременно и в СССР и в США, а сама идея использовать ядерные реакторы для нагрева рабочего вещества в ракетном двигателе родилась вместе с первыми ректорами в середине 40-х годов, то есть больше 70 лет назад.
В нашей стране инициатором создания ЯРД стал ученый-теплофизик Виталий Михайлович Иевлев. В 1947 году он представил проект, который был поддержан С. П. Королевым, И. В. Курчатовым и М. В. Келдышем. Изначально планировалось использовать такие двигатели для крылатых ракет, а затем ставить и на баллистические ракеты. Разработкой занялись ведущие оборонные КБ Советского Союза, а также научно-исследовательские институты НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ.
Советский ядерный двигатель РД-0410 был собран в середине 60-х воронежском «Конструкторском бюро химавтоматики», где создавалось большинство жидкостных ракетных двигателей для космической техники.
В качестве рабочего тела в РД-0410 использовался водород, который в жидком виде проходил через «рубашку охлаждения», отводя лишнее тепло от стенок сопла и не давая ему расплавиться, а затем поступал в активную зону реактора, где нагревался до 3000К и выбрасывался через канал сопла, преобразуя, таким образом, тепловую энергию в кинетическую и создавая удельный импульс в 9100 м/с.
В США проект ЯРД был запущен в 1952 году, а первый действующий двигатель был создан в 1966 году и получил название NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). В 60-х — 70-х годах Советский Союз и США старались не уступать друг другу.
Правда и наш РД-0410, и американский NERVA были твердофазными ЯРД, (ядерное топливо на основе карбидов урана находилось в реакторе в твердом состоянии), и их рабочая температура была в пределах 2300–3100К.
Чтобы увеличить температуру активной зоны без риска взрыва или расплавления стенок реактора, необходимо создать такие условия ядерной реакции, при которых топливо (уран) переходит в газообразное состояние или превращается в плазму и удерживается внутри реактора за счет сильного магнитного поля, не касаясь при этом стенок. А дальше водород, поступающий в активную зону реактора, «обтекает» находящийся в газовой фазе уран, и превращаясь в плазму, с очень высокой скоростью выбрасывается через канал сопла.
Этот тип двигателя получил название газофазного ЯРД. Температуры газообразного уранового топлива в таких ядерных двигателях могут находиться в диапазоне от 10 тысяч до 20 тысяч градусов Кельвина, а удельный импульс достигать 50000 м/с, что в 11 раз выше, чем у самых эффективных химических ракетных двигателей.
Создание и использование в космической технике газофазных ЯРД открытого и закрытого типов — это наиболее перспективное направление развития космических ракетных двигателей и именно то, что необходимо человечеству для освоения планет Солнечной системы и их спутников.
Первые исследования по проекту газофазного ЯРД начались в СССР в 1957 году в НИИ тепловых процессов (НИЦ имени М. В. Келдыша), а само решение о разработке ядерных космических энергоустановок на основе газофазных ядерных реакторов было принято в 1963 году академиком В.  П. Глушко (НПО Энергомаш), а затем утверждено постановлением ЦК КПСС и Совета министров СССР.
Разработка газофазного ЯРД велась в Советском Союзе два десятилетия, но, к сожалению, так и не была завершена из-за недостаточного финансирования и необходимости дополнительных фундаментальных исследований в области термодинамики ядерного горючего и водородной плазмы, нейтронной физики и магнитной гидродинамики.
Советские ученые-ядерщики и инженеры-конструкторы столкнулись с рядом проблем, таких как достижение критичности и обеспечение устойчивости работы газофазного ядерного реактора, снижение потерь расплавленного урана при выбросе водорода, разогретого до нескольких тысяч градусов, теплозащита сопла и генератора магнитного поля, накопление продуктов деления урана, выбор химически стойких конструкционных материалов и пр.
А когда для советской программы «Марс-94» первого пилотируемого полета на Марс начала создаваться ракета-носитель «Энергия», проект ядерного двигателя был отложен на неопределенный срок. Советскому Союзу не хватило совсем немного времени, а главное политической воли и эффективности экономики, чтобы осуществить высадку наших космонавтов на планету Марс в 1994 году. Это было бы бесспорным достижением и доказательством нашего лидерства в высоких технологиях в течение следующих нескольких десятилетий. Но космос, как и многое другое, был предан последним руководством СССР. Историю уже не изменить, ушедших ученых и инженеров не вернуть, а утраченные знания не восстановить. Очень многое придется создавать заново.
Но космическая ядерная энергетика не ограничивается только сферой твердо- и газофазных ЯРД. Для создания нагретого потока вещества в реактивном двигателе можно использовать электрическую энергию. Эту идею первым высказал Константин Эдуардович Циолковский еще в 1903 году в своей работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
А первый электротермический ракетный двигатель в СССР был создан в 1930-х годах Валентином Петровичем Глушко — будущим академиком АН СССР и руководителем НПО «Энергия».
Принципы работы электрические ракетных двигателей могут быть различными. Обычно их принято делить на четыре типа:

• электротермические (нагревные или электродуговые). В них газ нагревается до температур 1000–5000К и выбрасывается из сопла точно также как и в ЯРД.
• электростатические двигатели (коллоидные и ионные), в которых сначала происходит ионизация рабочего вещества, а затем положительные ионы (атомы, лишенные электронов) ускоряются в электростатическом поле и также выбрасываются через канал сопла, создавая реактивную тягу. К электростатическим относятся также и стационарные плазменные двигатели.
• магнитоплазменные и магнитодинамические ракетные двигатели. Там газовая плазма ускоряется за счет силы Ампера в пересекающихся перпендикулярно магнитном и электрическом полях.
• импульсные ракетные двигатели, в которых используется энергия газов, возникающих при испарении рабочего тела в электрическом разряде.

Плюсом этих электрических ракетных двигателей является низкий расход рабочего тела, КПД до 60% и высокая скорость потока частиц, что позволяет значительно сократить массу космического аппарата, но есть и минус — малая плотность тяги, а соответственно низкая мощность, а также дороговизна рабочего тела (инертные газы или пары щелочных металлов) для создания плазмы.
Все перечисленные типы электродвигателей реализованы на практике и многократно использовались в космосе и на советских и на американских аппаратах начиная с середины 60-х годов, но из-за своей малой мощности применялись в основном в качестве двигателей коррекции орбит.
С 1968 по 1988 годы в СССР была запущена целая серия спутников «Космос» с ядерными установками на борту. Типы реакторов носили названия: «Бук», «Топаз» и «Енисей».
Реактор проекта «Енисей» обладал тепловой мощностью до 135 кВт и электрической мощностью порядка 5 кВт. Теплоносителем являлся натрий-калиевый расплав. Этот проект был закрыт в 1996 году.
Для настоящего маршевого ракетного электродвигателя требуется очень мощный источник энергии. И лучшим источником энергии для таких космических двигателей является ядерный реактор.
Ядерная энергетика — одна из высокотехнологичных отраслей, где наша страна сохраняет лидирующие позиции. И принципиально новый ракетный двигатель в России уже создается и этот проект близок к успешному завершению в 2018 году. Летные испытания намечена на 2020 год.
И если газофазный ЯРД — это тема будущих десятилетий к которой предстоит вернуться после проведения фундаментальных исследований, то его сегодняшняя альтернатива — это ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса (ЯЭДУ), и она уже создается предприятиями Росатома и Роскосмоса с 2009 года.
В создании ядерного энергодвигателя и транспортно-энергетического модуля принимают участие НПО «Красная звезда», которое на сегодняшний день является единственным в мире разработчиком и изготовителем космических ядерных энергетических установок, а также Исследовательский центр им. М. В. Келдыша, НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля, «НИИ НПО «Луч», «Курчатовский институт», ИРМ, ФЭИ, НИИАР и НПО Машиностроения.
Ядерная энергодвигательная установка включает в себя высокотемпературный газоохлаждаемый ядерный реактор на быстрых нейтронах с системой турбомашинного преобразования тепловой энергии в электрическую, систему холодильников-излучателей для отвода избыточного тепла в космос, приборно-агрегатный отсек, блок маршевых плазменных или ионных электродвигателей и контейнер для размещения полезной нагрузки.
В энергодвигательной установке ядерный реактор служит источником электроэнергии для работы электрических плазменных двигателей, при этом газовый теплоноситель реактора, проходящий через активную зону, попадает в турбину электрогенератора и компрессора и возвращается обратно в реактор по замкнутому контуру, а не выбрасывается в пространство как в ЯРД, что делает конструкцию более надежной и безопасной, а значит пригодной для пилотируемой космонавтики.
Планируется, что ядерная энергодвигательная установка будет применяться для многоразового космического буксира для обеспечения доставки грузов при освоении Луны или создания многоцелевых орбитальных комплексов. Плюсом будет являться не только многоразовое использование элементов транспортной системы (чего пытается добиться Илон Маск в своих космических проектах SpaceX), но и возможность доставки в три раза большей массы грузов, чем на ракетах с химическими реактивными двигателями сопоставимой мощности за счет уменьшения стартовой массы транспортной системы. Особая конструкция установки делает ее безопасной для людей и окружающей среды на Земле.
В 2014 году на ОАО «Машиностроительный завод» в г. Электросталь был собран первый тепловыделяющий элемент (твэл) штатной конструкции для этой ядерной электродвигательной установки, а в 2016 проведены испытания имитатора корзины активной зоны реактора.
Сейчас (в 2017 году) ведутся работы по изготовлению элементов конструкции установки и тестирование узлов и агрегатов на макетах, а также автономные испытания систем турбомашинного преобразования энергии и прототипов энергоблоков. Завершение работ запланировано на конец следующего 2018 года, правда, с 2015 года начало накапливаться отставание от графика.
Итак, как только эта установка будет создана, Россия станет первой в мире страной обладающей ядерными космическими технологиями, которые лягут в основу не только будущих проектов освоения Солнечной системы, но и земной и внеземной энергетики. Космические ядерные энергетические установки можно будет использовать для создания систем дистанционной передачи электроэнергии на Землю или на космические модули с помощью электромагнитного излучения. И это тоже станет передовой технологией будущего, где наша страна будет иметь лидирующие позиции.
На основе разрабатываемых плазменных электродвигателей будут созданы мощные двигательные установки для дальних полетов человека в космос и в первую очередь для освоения Марса, достичь орбиты которого можно будет всего за 1,5 месяца, а не за год с лишним, как при использовании обычных химических реактивных двигателей.
А будущее всегда начинается с революции в энергетике. И никак иначе. Энергетика первична и именно величина энергопотребления влияет на технический прогресс, на обороноспособность и на качество жизни людей.

Экспериментальный плазменный ракетный двигатель NASA

Советский астрофизик Николай Кардашёв еще в 1964 году предложил шкалу развития цивилизаций. Согласно этой шкале уровень технологического развития цивилизаций зависит от количества энергии, которое население планеты использует для своих нужд. Так цивилизация I типа использует все доступные ресурсы, имеющиеся на планете; цивилизация II типа — получает энергию своей звезды, в системе которой находится; а цивилизация III типа пользуется доступной энергией своей галактики. Человечество пока не доросло до цивилизации I типа по этой шкале. Мы используем лишь 0.16% всего объема потенциального энергетического запаса планеты Земля. А значит, и России и всему миру есть куда расти, и эти ядерные технологии откроют нашей стране дорогу не только в космос, но и будущее экономическое процветание.
И, возможно, единственный вариант для России в научно-технической сфере — это совершить сейчас революционный прорыв в ядерных космических технологиях для того чтобы одним «прыжком» преодолеть многолетнее отставание от лидеров и оказаться сразу у истоков новой технологической революции в очередном цикле развития человеческой цивилизации. Такой уникальный шанс выпадает той или иной стране лишь один раз в несколько столетий.
К сожалению, Россия, не уделявшая в последние 25 лет должного внимания фундаментальным наукам и качеству высшего и среднего образования, рискует навсегда упустить этот шанс, если программа окажется свернутой, а на смену нынешним ученым и инженерам не придет новое поколение исследователей. Геополитические и технологические вызовы, с которыми столкнется Россия уже через 10–12 лет, будут очень серьезными, сопоставимыми с угрозами середины ХХ века. Чтобы сохранить суверенитет и целостность России в будущем уже сейчас необходимо срочно начинать подготовку специалистов, способных на эти вызовы отвечать и создавать что-то принципиально новое.
Есть лишь примерно 10 лет на то, чтобы превратить Россию в мировой интеллектуально-технологический центр, и без серьезного изменения качества образования это сделать невозможно. Для научно-технологического прорыва необходимо вернуть системе образования (и школьной и ВУЗовской) системность взглядов на картину мира, научную фундаментальность и мировоззренческую целостность.
А что касается нынешнего застоя в космической отрасли, то это не страшно. Физические принципы, на которых основаны современные космические технологии будут еще долго востребованы сектором обычных спутниковых услуг. Вспомним, что человечество использовало парус на протяжении 5. 5 тысяч лет, а эпоха пара длилась почти 200 лет, и лишь в ХХ веке мир начал стремительно меняться, потому что произошла очередная научно-техническая революция, запустившая волну инноваций и смену технологических укладов, что в итоге изменило и мировую экономику и политику. Главное, оказаться у истоков этих изменений.

Можно было бы начать эту статью традиционным пассажем про то, как писатели-фантасты выдвигают смелые идеи, а ученые потом воплощают их в жизнь. Можно, но писать штампами не хочется. Лучше вспомнить, что современные ракетные двигатели, твердотопливные и жидкостные, имеют более чем неудовлетворительные характеристики для полетов на относительно дальние дистанции. Вывести груз на орбиту Земли они позволяют, доставить что-то на Луну – тоже, хотя и обходится такой полет дороже. А вот полететь на Марс с такими двигателями уже нелегко. Им подавай горючее и окислитель в нужных объемах. И объемы эти прямо пропорциональны расстоянию, которое надо преодолеть.

Альтернатива традиционным химическим ракетным двигателям – двигатели электрические, плазменные и ядерные. Из всех альтернативных двигателей до стадии разработки двигателя дошла только одна система – ядерная (ЯРД). В Советском Союзе и в США еще в 50-х годах прошлого века были начаты работы по созданию ядерных ракетных двигателей. Американцы прорабатывали оба варианта такой силовой установки: реактивный и импульсный. Первая концепция подразумевает нагрев рабочего тела при помощи ядерного реактора с последующим выбросом через сопла. Имульсный ЯРД, в свою очередь, движет космический аппарат за счет последовательных взрывов небольшого количества ядерного топлива.

Также в США был придуман проект «Орион», соединявший в себе оба варианта ЯРД. Сделано это было следующим образом: из хвостовой части корабля выбрасывались небольшие ядерные заряды мощностью около 100 тонн в тротиловом эквиваленте. Вслед за ними отстреливались металлические диски. На расстоянии от корабля производился подрыв заряда, диск испарялся, и вещество разлеталось в разные стороны. Часть его попадала в усиленную хвостовую часть корабля и двигала его вперед. Небольшую прибавку к тяге должно было давать испарение плиты, принимающей на себя удары. Удельная стоимость такого полета должна была быть всего 150 тогдашних долларов на килограмм полезной нагрузки.

Дошло даже до испытаний: опыт показал, что движение при помощи последовательных импульсов возможно, как и создание кормовой плиты достаточной прочности. Но проект «Орион» был закрыт в 1965 году как неперспективный. Тем не менее, это пока единственная существующая концепция, которая может позволить осуществлять экспедиции хотя бы по Солнечной системе.

До строительства опытного экземпляра удалось дойти только реактивным ЯРД. Это были советский РД-0410 и американский NERVA. Они работали по одинаковому принципу: в «обычном» ядерном реакторе нагревается рабочее тело, которое при выбросе из сопел и создает тягу. Рабочим телом обоих двигателей был жидкий водород, но на советском в качестве вспомогательного вещества использовался гептан.

Тяга РД-0410 составляла 3,5 тонны, NERVA давал почти 34, однако имел и большие габариты: 43,7 метров длины и 10,5 в диаметре против 3,5 и 1,6 метров соответственно у советского двигателя. При этом американский двигатель в три раза проигрывал советскому по ресурсу – РД-0410 мог работать целый час.

Однако оба двигателя, несмотря на перспективность, тоже остались на Земле и никуда не летали. Главная причина закрытия обоих проектов (NERVA в середине 70-х, РД-0410 в 1985 году) – деньги. Характеристики химических двигателей хуже, чем у ядерных, но цена одного запуска корабля с ЯРД при одинаковой полезной нагрузке может быть в 8-12 раз больше пуска того же «Союза» с ЖРД. И это еще без учета всех расходов, необходимых для доведения ядерных двигателей до пригодности к практическому применению.

Вывод из эксплуатации «дешевых» Шаттлов и отсутствие в последнее время революционных прорывов в космической технике требует новых решений. В апреле этого года тогдашний глава Роскосмоса А. Перминов заявил о намерении разработать и ввести в эксплуатацию совершенно новый ЯРД. Именно это, по мнению Роскосмоса, должно кардинально улучшить «обстановку» во всей мировой космонавтике. Теперь же выяснилось, кто должен стать очередными революционерами космонавтики: разработкой ЯРД займется ФГУП «Центр Келдыша». Генеральный директор предприятия А. Коротеев уже обрадовал общественность о том, что эскизный проект космического корабля под новый ЯРД будет готов уже в следующем году. Проект двигателя должен быть готов к 2019, а испытания запланированы на 2025 год.

Комплекс получил название ТЭМ – транспортно-энергетический модуль. Он будет нести ядерный реактор с газовым охлаждением. С непосредственным движителем пока не определились: либо это будет реактивный двигатель наподобие РД-0410, либо электрический ракетный двигатель (ЭРД). Однако последний тип пока нигде в мире массово не применялся: ими оснащались всего три космических аппарата. Но в пользу ЭРД говорит тот факт, что от реактора можно запитывать не только двигатель, но и множество других агрегатов или вообще использовать весь ТЭМ как космическую электростанцию.

Нашёл интересную статью. Вообще атомные космические корабли меня всегда интересовали. Это будущее космонавтики. Обширные работы по этой тематике велись и в СССР. В статье как раз про них.

В космос на атомной тяге. Мечты и реальность.

доктор физико-математических наук Ю. Я. Стависский

В 1950 году я защитил диплом инженера-физика в Московском механическом институте (ММИ) Министерства боеприпасов. Пятью годами раньше, в 1945-м, там был образован инженерно-физический факультет, готовивший специалистов для новой отрасли, в задачи которой входило в основном производство ядерного боеприпаса. Факультет не имел себе равных. Наряду с фундаментальной физикой в объёме университетских курсов (методы математической физики, теория относительности, квантовая механика, электродинамика, статистическая физика и другие) нам преподавали полный набор инженерных дисциплин: химию, металловедение, сопротивление материалов, теорию механизмов и машин и пр. Созданный выдающимся советским физиком Александром Ильичём Лейпунским инженерно-физический факультет ММИ вырос со временем в Московский инженерно-физический институт (МИФИ). Другой инженерно-физический факультет, также влившийся впоследствии в МИФИ, был сформирован в Московском энергетическом институте (МЭИ), но если в ММИ основной упор делался на фундаментальную физику, то в Энергетическом — на тепло- и электрофизику.

Квантовую механику мы изучали по книге Дмитрия Ивановича Блохинцева. Каково же было моё удивление, когда при распределении меня направили к нему на работу. Я, заядлый экспериментатор (в детстве разобрал все часы в доме), и вдруг попадаю к известному теоретику. Меня охватила лёгкая паника, но по прибытии на место — „Объект В“ МВД СССР в Обнинске — сразу понял, что волновался напрасно.

К этому времени основная тематика „Объекта В“, во главе которого до июня 1950 года фактически стоял А.И. Лейпунский, уже сформировалась. Здесь создавали реакторы с расширенным воспроизводством ядерного горючего — „быстрые бридеры“. На посту директора Блохинцев инициировал развитие нового направления — создание двигателей на атомной тяге для космических полётов. Овладение космосом было давней мечтой Дмитрия Ивановича, ещё в юности он переписывался и встречался с К.Э. Циолковским. Я думаю, что понимание гигантских возможностей ядерной энергии, по теплотворной способности в миллионы раз превышающей лучшие химические топлива, и определило жизненный путь Д. И. Блохинцева.
„Лицом к лицу лица не увидать“… В те годы мы многого не понимали. Только сейчас, когда наконец-то появилась возможность сопоставить дела и судьбы выдающихся учёных Физико-энергетического института (ФЭИ) — бывшего „Объекта В“, переименованного 31 декабря 1966 года — складывается верное, как мне кажется, понимание идей, двигавших ими в то время. При всём многообразии дел, которыми приходилось заниматься институту, можно выделить приоритетные научные направления, оказавшиеся в сфере интересов его ведущих физиков.

Главный интерес АИЛа (так в институте за глаза называли Александра Ильича Лейпунского) — развитие глобальной энергетики на основе быстрых реакторов-бридеров (ядерных реакторов, не имеющих ограничений в ресурсах ядерного горючего). Трудно переоценить значение этой поистине „космической“ проблемы, которой он посвятил последние четверть века своей жизни. Немало сил Лейпунский потратил и на оборону страны, в частности на создание атомных двигателей для подводных лодок и тяжелых самолётов.

Интересы Д.И. Блохинцева (за ним закрепилось прозвище „Д. И.“) были направлены на решение проблемы использования ядерной энергии для космических полётов. К сожалению, в конце 1950-х годов он был вынужден оставить эту работу и возглавить создание международного научного центра — Объединённого института ядерных исследований в Дубне. Там он занимался импульсными быстрыми реакторами — ИБР. Это стало последним большим делом его жизни.

Одна цель — одна команда

Д.И. Блохинцев, преподававший в конце 1940-х в МГУ, приметил там, а затем пригласил на работу в Обнинск молодого физика Игоря Бондаренко, который буквально бредил космическими кораблями на атомной тяге. Первым его научным руководителем был А.И. Лейпунский, и Игорь, естественно, занимался его тематикой — быстрыми бридерами.

При Д.И. Блохинцеве вокруг Бондаренко сформировалась группа учёных, которые объединились, чтобы решить проблемы использования атомной энергии в космосе. Кроме Игоря Ильича Бондаренко в группу входили: Виктор Яковлевич Пупко, Эдвин Александрович Стумбур и автор этих строк. Главным идеологом был Игорь. Эдвин проводил экспериментальные исследования наземных моделей ядерных реакторов космических установок. Я занимался в основном ракетными двигателями „малой тяги“ (тяга в них создаётся своеобразным ускорителем — „ионным движителем“, который питается энергией от космической атомной электростанции). Мы исследовали процессы,
протекающие в ионных движителях, на наземных стендах.

На Викторе Пупко (в будущем
он стал начальником отделения космической техники ФЭИ) лежала большая организационная работа. Игорь Ильич Бондаренко был выдающимся физиком. Он тонко чувствовал эксперимент, ставил простые, изящные и весьма эффективные опыты. Я думаю, как ни один экспериментатор, да, пожалуй, и немногие теоретики, „чувствовал“ фундаментальную физику. Всегда отзывчивый, открытый и доброжелательный, Игорь был поистине душой института. До сих пор ФЭИ живёт его идеями. Бондаренко прожил неоправданно короткую жизнь. В 1964-м, в возрасте 38 лет, он трагически погиб из-за врачебной ошибки. Как будто Бог, увидев, как много человек сделал, решил, что это уже чересчур и скомандовал: „Хватит“.

Нельзя не вспомнить ещё одну уникальную личность — Владимира Александровича Малыха, технолога „от Бога“, современного лесковского Левшу. Если „продукцией“ упомянутых выше учёных были в основном идеи и расчётные оценки их реальности, то работы Малыха всегда имели выход „в металле“. Его технологический сектор, насчитывавший во времена расцвета ФЭИ более двух тысяч сотрудников, мог сделать, без преувеличения, всё. Причём ключевую роль всегда играл он сам.

В.А. Малых начинал лаборантом в НИИ ядерной физики МГУ, имея за душой три курса физфака, — доучиться не дала война. В конце 1940-х годов ему удалось создать технологию изготовления технической керамики на основе окиси бериллия — материала уникального, диэлектрика с высокой теплопроводностью. До Малыха многие безуспешно бились над этой проблемой. А топливный элемент на основе серийной нержавеющей стали и природного урана, разработанный им для первой атомной электростанции, — чудо по тем да и по нынешнем временам. Или созданный Малыхом термоэмиссионный топливный элемент реактора-электрогенератора для питания космических аппаратов — „гирлянда“. До сих пор в этой области не появилось ничего лучшего. Творения Малыха были не демонстрационными игрушками, а элементами ядерной техники. Они работали месяцы и годы. Владимир Александрович стал доктором технических наук, лауреатом Ленинской премии, Героем Социалистического Труда. В 1964 году он трагически погиб от последствий военной контузии.

Шаг за шагом

С.П. Королёв и Д.И. Блохинцев с давних пор вынашивали мечту о полёте человека в космос. Между ними установились тесные рабочие связи. Но в начале 1950-х годов, в разгар „холодной войны“, средств не жалели только на военные цели. Ракетная техника рассматривалась лишь как носитель ядерных зарядов, а о спутниках и не помышляли. Между тем Бондаренко, зная о последних достижениях ракетчиков, настойчиво выступал за создание искусственного спутника Земли. Впоследствии об этом никто и не вспомнил.

Любопытна история создания ракеты, поднявшей в космос первого космонавта планеты — Юрия Гагарина. Связана она с именем Андрея Дмитриевича Сахарова. В конце 1940-х годов он разработал комбинированный делительно-термоядерный заряд — „слойку“, видимо, независимо от „отца водородной бомбы“ Эдварда Теллера, который предложил аналогичное изделие под названием „будильник“. Однако вскоре Теллер понял, что ядерный заряд такой схемы будет иметь „ограниченную“ мощность, не более ~ 500 килотонн толового эквивалента. Для „абсолютного“ оружия этого мало, поэтому „будильник“ был заброшен. В Союзе же в 1953 году взорвали сахаровскую слойку РДС-6с.

После успешных испытаний и избрания Сахарова в академики тогдашний глава Минсредмаша В.А. Малышев пригласил его к себе и поставил задачу определить параметры бомбы следующего поколения. Андрей Дмитриевич оценил (без детальной проработки) вес нового, значительно более мощного заряда. Докладная Сахарова легла в основу постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР, которое обязало С. П. Королёва разработать под этот заряд баллистическую ракету-носитель. Именно такая ракета Р-7 под названием „Восток“ и вывела на орбиту искусственный спутник Земли в 1957-м и космический корабль с Юрием Гагариным в 1961-м. Использовать её как носитель тяжёлого ядерного заряда тогда уже не планировали, поскольку развитие термоядерного оружия пошло иным путём.

На начальном этапе космической ядерной программы ФЭИ совместно с КБ В.Н. Челомея разрабатывал крылатую атомную ракету. Это направление развивалось недолго и завершилось расчётами и испытанием элементов двигателя, созданного в отделении В.А. Малыха. По сути, речь шла о низколетящем беспилотном самолете с прямоточным ядерным двигателем и ядерной боеголовкой (своего рода ядерный аналог „жужжащего клопа“ — немецкой V-1). Система стартовала с помощью обычных ракетных ускорителей. После выхода на заданную скорость тяга создавалась атмосферным воздухом, нагреваемым за счёт цепной реакции деления окиси бериллия, пропитанной обогащённым ураном.

Вообще говоря, возможность выполнения ракетой той или иной задачи космонавтики определяется скоростью, которую она приобретает после использования всего запаса рабочего тела (топлива и окислителя). Её вычисляют по формуле Циолковского: V = c×lnMн/ Мк, где с — скорость истечения рабочего тела, а Мн и Мк — начальная и конечная масса ракеты. В обычных химических ракетах скорость истечения определяется температурой в камере сгорания, видом топлива и окислителя и молекулярным весом продуктов сгорания. Например, американцы для высадки астронавтов на Луну использовали в спускаемом аппарате в качестве топлива водород. Продукт его сгорания — вода, чей молекулярный вес сравнительно низок, и скорость истечения в 1,3 раза выше, чем при сжигании керосина. Этого достаточно, чтобы спускаемый аппарат с космонавтами достиг поверхности Луны и затем вернул их на орбиту её искусственного спутника. У Королёва работы с водородным топливом были приостановлены из-за аварии с человеческими жертвами. Создать лунный спускаемый аппарат для человека мы не успели.

Один из путей существенного повышения скорости истечения — создание ядерных термических ракет. У нас это были баллистические атомные ракеты (БАР) с радиусом действия несколько тысяч километров (совместный проект ОКБ-1 и ФЭИ), у американцев — аналогичные системы типа „Киви“. Двигатели испытывались на полигонах под Семипалатинском и в Неваде. Принцип их действия следующий: водород нагревается в ядерном реакторе до высоких температур, переходит в атомарное состояние и уже в таком виде истекает из ракеты. Скорость истечения при этом повышается более чем вчетверо по сравнению с химической водородной ракетой. Вопрос состоял в том, чтобы выяснить, до какой температуры можно нагреть водород в реакторе с твёрдыми топливными элементами. Расчёты давали около 3000°К.

В НИИ-1, научным руководителем которого был Мстислав Всеволодович Келдыш (тогда президент Академии наук СССР), отдел В.М. Иевлева с участием ФЭИ занимался совсем уж фантастической схемой — газофазным реактором, в котором цепная реакция протекает в газовой смеси урана и водорода. Из такого реактора водород истекает ещё раз в десять быстрее, чем из твёрдотопливного, уран же сепарируется и остаётся в активной зоне. Одна из идей предполагала использование центробежной сепарации, когда горячая газовая смесь урана и водорода „закручивается“ поступающим холодным водородом, в результате чего уран и водород разделяются, как в центрифуге. Иевлев пытался, по сути дела, прямо воспроизвести процессы в камере сгорания химической ракеты, используя в качестве источника энергии не теплоту сгорания топлива, а цепную реакцию деления. Это открывало путь к полному использованию энергоёмкости атомных ядер. Но вопрос о возможности истечения из реактора чистого водорода (без урана) так и остался нерешённым, не говоря уже о технических проблемах, связанных с удержанием высокотемпературных газовых смесей при давлениях в сотни атмосфер.

Работы ФЭИ по баллистическим атомным ракетам завершились в 1969-1970 годах „огневыми испытаниями“ на семипалатинском полигоне прототипа ядерного ракетного двигателя с твёрдыми топливными элементами. Его создавал ФЭИ в кооперации с воронежским КБ А.Д. Конопатова, московским НИИ-1 и рядом других технологических групп. Основу двигателя с тягой 3,6 т составлял ядерный реактор ИР-100 с топливными элементами из твёрдого раствора карбида урана и карбида циркония. Температура водорода достигала 3000°К при мощности реактора ~ 170 МВт.

Атомные ракеты малой тяги

До сих пор речь шла о ракетах с тягой, превышающей их вес, которые могли бы стартовать с поверхности Земли. В таких системах увеличение скорости истечения позволяет снизить запас рабочего тела, повысить полезную нагрузку и отказаться от многоступенчатости. Однако есть пути достижения практически неограниченных скоростей истечения, например ускорение вещества электромагнитными полями. Я занимался этим направлением в тесном контакте с Игорем Бондаренко почти 15 лет.

Ускорение ракеты с электрореактивным двигателем (ЭРД) определяется отношением удельной мощности установленной на них космической атомной электростанции (КАЭС) к скорости истечения. В обозримом будущем удельные мощности КАЭС, судя по всему, не превысят 1 кВт/кг. При этом возможно создание ракет с малой тягой, в десятки и сотни раз меньшей веса ракеты, и с очень малым расходом рабочего тела. Такая ракета может стартовать только с орбиты искусственного спутника Земли и, медленно ускоряясь, достигать больших скоростей.

Для полётов в пределах Солнечной системы нужны ракеты со скоростью истечения 50-500 км/с, а для полётов к звёздам — выходящие за пределы нашего воображения „фотонные ракеты“ со скоростью истечения, равной скорости света. Чтобы осуществить сколько-нибудь разумный по времени дальний космический полёт, необходимы невообразимые удельные мощности энергетических установок. Пока нельзя даже представить, на каких физических процессах они могут быть основаны.

Проведенные расчёты показали, что во время Великого противостояния, когда Земля и Марс находятся ближе всего друг к другу, можно за один год осуществить полёт ядерного космического корабля с экипажем к Марсу и возвратить его на орбиту искусственного спутника Земли. Полный вес такого корабля — около 5 т (включая запас рабочего тела — цезия, равный 1,6 т). Он определяется в основном массой КАЭС мощностью 5 МВт, а реактивная тяга — двухмегаваттным пучком ионов цезия с энергией 7 килоэлектронвольт *. Корабль стартует с орбиты искусственного спутника Земли, выходит на орбиту спутника Марса, а спускаться на его поверхность придётся уже на аппарате с водородным химическим двигателем, подобным американскому лунному.

Этому направлению, основанному на технических решениях, возможных уже сегодня, был посвящён большой цикл работ ФЭИ.

Ионные движители

В те годы обсуждались пути создания различных электрореактивных движителей для космических аппаратов, таких, как „плазменные пушки“, электростатические ускорители „пыли“ или капель жидкости. Однако ни одна из идей не имела под собой чёткой физической основы. Находкой оказалась поверхностная ионизация цезия.

Ещё в 20-е годы прошлого века американский физик Ирвинг Лэнгмюр открыл поверхностную ионизацию щелочных металлов. При испарении атома цезия с поверхности металла (в нашем случае — вольфрама), у которого работа выхода электронов больше потенциала ионизации цезия, он практически в 100% случаев теряет слабо связанный электрон и оказывается однократно заряженным ионом. Таким образом, поверхностная ионизация цезия на вольфраме и есть тот физический процесс, который позволяет создать ионный движитель с почти 100-процентным использованием рабочего тела и с энергетическим КПД, близким к единице.

Большую роль в создании моделей ионного движителя такой схемы сыграл наш коллега Сталь Яковлевич Лебедев. Своим железным упорством и настойчивостью он преодолевал все преграды. В результате удалось воспроизвести в металле плоскую трёхэлектродную схему ионного движителя. Первый электрод — пластина вольфрама размером примерно 10×10 см с потенциалом +7 кВ, второй — сетка из вольфрама с потенциалом -3 кВ, третий — сетка из торированного вольфрама с нулевым потенциалом. „Молекулярная пушка“ давала пучок паров цезия, который сквозь все сетки попадал на поверхность вольфрамовой пластины. Уравновешенная и откалиброванная металлическая пластина, так называемые весы, служила для измерения „силы“, т. е. тяги ионного пучка.

Ускоряющее напряжение до первой сетки разгоняет ионы цезия до 10 000 эВ, тормозящее напряжение до второй замедляет их до 7000 эВ. Это та энергия, с которой ионы должны покидать движитель, что соответствует скорости истечения 100 км/с. Но пучок ионов, ограниченный объёмным зарядом, не может „выйти в открытый космос“. Объёмный заряд ионов необходимо скомпенсировать электронами, чтобы образовалась квазинейтральная плазма, которая беспрепятственно распространяется в пространстве и создаёт реактивную тягу. Источником электронов для компенсации объёмного заряда ионного пучка служит нагреваемая током третья сетка (катод). Вторая, „запирающая“ сетка не даёт электронам попасть с катода на вольфрамовую пластину.

Первый опыт с моделью ионного движителя положил начало более чем десятилетним работам. Одна из последних моделей — с пористым вольфрамовым эмиттером, созданная в 1965 году, давала „тягу“ около 20 г при токе ионного пучка 20 А, имела коэффициент использования энергии около 90% и вещества — 95%.

Прямое преобразование ядерного тепла в электричество

Пути прямого преобразования энергии ядерного деления в электрическую пока не найдены. Мы ещё не можем обойтись без промежуточного звена — тепловой машины. Поскольку её КПД всегда меньше единицы, „отработанное“ тепло нужно куда-то девать. На земле, в воде и в воздухе с этим проблем нет. В космосе же существует только один путь — тепловое излучение. Таким образом, КАЭС не может обойтись без „холодильника-излучателя“. Плотность же излучения пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры, поэтому температура холодильника-излучателя должна быть как можно более высокой. Тогда удастся сократить площадь излучающей поверхности и соответственно массу энергетической установки. У нас появилась идея использовать „прямое“ преобразование ядерного тепла в электричество, без турбины и генератора, что казалось более надёжным при длительной работе в области высоких температур.

Из литературы мы знали о работах А.Ф. Иоффе — основателя советской школы технической физики, пионера в исследовании полупроводников в СССР. Мало кто теперь помнит о разработанных им источниках тока, применявшихся в годы Великой Отечественной войны. Тогда не один партизанский отряд имел связь с Большой землёй благодаря „керосиновым“ ТЭГам — термоэлектрогенераторам Иоффе. „Венец“ из ТЭГов (он представлял собой набор полупроводниковых элементов) надевался на керосиновую лампу, а его провода подсоединялись к радиоаппаратуре. „Горячие“ концы элементов нагревались пламенем керосиновой лампы, „холодные“ — остывали на воздухе. Поток тепла, проходя через полупроводник, порождал электродвижущую силу, которой хватало для сеанса связи, а в промежутках между ними ТЭГ заряжал аккумулятор. Когда через десять лет после Победы мы побывали на московском заводе ТЭГов, оказалось, что они ещё находят сбыт. У многих деревенских жителей были тогда экономичные радиоприемники „Родина“ на лампах прямого накала, работающие от батареи. Вместо них зачастую использовали ТЭГи.

Беда керосинового ТЭГа — его низкий КПД (всего около 3,5%) и невысокая предельная температура (350°К). Но простота и надёжность этих приборов привлекали разработчиков. Так, полупроводниковые преобразователи, разработанные группой И.Г. Гвердцители в Сухумском физико-техническом институте, нашли применение в космических установках типа „Бук“.

В свое время А.Ф. Иоффе предложил ещё один термоэмиссионный преобразователь — диод в вакууме. Принцип его действия следующий: нагретый катод испускает электроны, часть их, преодолевающая потенциал анода, совершает работу. От этого прибора ожидали значительно большего КПД (20-25%) при рабочей температуре выше 1000°К. Кроме того, в отличие от полупроводника вакуумный диод не боится нейтронного излучения, и его можно совместить с ядерным реактором. Однако оказалось, что осуществить идею „вакуумного“ преобразователя Иоффе невозможно. Как и в ионном движителе, в вакуумном преобразователе нужно избавиться от объёмного заряда, но на этот раз не ионов, а электронов. А.Ф. Иоффе предполагал использовать в вакуумном преобразователе микронные зазоры между катодом и анодом, что в условиях высоких температур и термических деформаций практически невозможно. Вот тут-то и пригодился цезий: один ион цезия, полученный за счёт поверхностной ионизации на катоде, компенсирует объёмный заряд около 500 электронов! По сути дела, цезиевый преобразователь — это „обращённый“ ионный движитель. Физические процессы в них близки.

«Гирлянды» В.А. Малыха

Одним из результатов работ ФЭИ над термоэмиссионными преобразователями были создание В.А. Малыхом и серийный выпуск в его отделении тепловыделяющих элементов из последовательно соединённых термоэмиссионных преобразователей — „гирлянд“ для реактора „Топаз“. Они давали до 30 В — раз в сто больше, чем одноэлементные преобразователи, созданные „конкурирующими организациями“ — ленинградской группой М.Б. Барабаша и позднее — Институтом атомной энергии. Это позволяло „снимать“ с реактора в десятки и сотни раз большую мощность. Однако надёжность системы, напичканной тысячами термоэмиссионных элементов, вызывала опасения. В то же время паро- и газотурбинные установки работали без сбоев, поэтому мы обратили внимание и на „машинное“ преобразование ядерного тепла в электричество.

Вся трудность заключалась в ресурсе, ведь в дальних космических полётах турбогенераторы должны работать год, два, а то и несколько лет. Чтобы уменьшить износ, „обороты“ (скорость вращения турбины) нужно сделать по возможности более низкими. С другой стороны, турбина работает эффективно, если скорость молекул газа или пара близка к скорости её лопаток. Поэтому сначала мы рассматривали применение самого тяжёлого — ртутного пара. Но нас испугала интенсивная радиационно-стимулированная коррозия железа и нержавеющей стали, которая возникала в охлаждаемом ртутью ядерном реакторе. За две недели коррозия „съела“ тепловыделяющие элементы опытного быстрого реактора „Клементина“ в Аргонской лаборатории (США, 1949 год) и реактора БР-2 в ФЭИ (СССР, Обнинск, 1956 год).

Заманчивым оказался калиевый пар. Реактор с кипящим в нём калием лёг в основу разрабатываемой нами энергетической установки космического корабля малой тяги — калиевый пар вращал турбогенератор. Такой „машинный“ способ преобразования тепла в электричество позволял рассчитывать на КПД до 40%, в то время как реальные термоэмиссионные установки давали кпд всего около 7%. Однако КАЭС с „машинным“ преобразованием ядерного тепла в электричество не получили развития. Дело завершилось выпуском подробного отчёта, по сути — „физической записки“ к техническому проекту космического корабля малой тяги для полёта с экипажем к Марсу. Сам проект так и не был разработан.

В дальнейшем, я думаю, просто пропал интерес к космическим полётам с использованием ядерных ракетных двигателей. После смерти Сергея Павловича Королёва поддержка работ ФЭИ по ионным движителям и „машинным“ ядерно-энергетическим установкам заметно ослабла. ОКБ-1 возглавил Валентин Петрович Глушко, у которого не было интереса к смелым перспективным проектам. Созданное им ОКБ „Энергия“ строило мощные химические ракеты и возвращаемый на Землю космический корабль „Буран“.

«Бук» и «Топаз» на спутниках серии «Космос»

Работы по созданию КАЭС с прямым преобразованием тепла в электричество, теперь уже в качестве источников питания для мощных радиотехнических спутников (космических радиолокационных станций и телетрансляторов), продолжались до начала перестройки. С 1970 по 1988 год в космос запустили около 30 радиолокационных спутников с ядерно-энергетическими установками „Бук“ с полупроводниковыми реакторами-преобразователями и два — с термоэмиссионными установками „Топаз“. „Бук“, по сути дела, представлял собой ТЭГ — полупроводниковый преобразователь Иоффе, только вместо керосиновой лампы в нём использовался ядерный реактор. Это был быстрый реактор мощностью до 100 кВт. Полная загрузка высокообогащённого урана составляла около 30 кг. Тепло из активной зоны передавалось жидким металлом — эвтектическим сплавом натрия с калием полупроводниковым батареям. Электрическая мощность достигала 5 кВт.

Установку „Бук“ под научным руководством ФЭИ разрабатывали специалисты ОКБ-670 М.М. Бондарюка, позднее — НПО „Красная звезда“ (главный конструктор — Г.М. Грязнов). Создать ракету-носитель для вывода спутника на орбиту поручили днепропетровскому КБ „Южмаш“ (главный конструктор — М.К. Янгель).

Время работы „Бука“ — 1-3 месяца. Если установка отказывала, спутник переводили на орбиту длительного существования высотой 1000 км. За почти 20 лет запусков было три случая падения спутника на Землю: два — в океан и один — на сушу, в Канаде, в окрестности Большого Невольничьего озера. Туда упал „Космос-954“, запущенный 24 января 1978 года. Он проработал 3,5 месяца. Урановые элементы спутника полностью сгорели в атмосфере. На земле нашли лишь остатки бериллиевого отражателя и полупроводниковых батарей. (Все эти данные приведены в совместном отчёте атомных комиссий США и Канады об операции „Утренний свет“.)

В термоэмиссионной ядерно-энергетической установке „Топаз“ использовался тепловой реактор мощностью до 150 кВт. Полная загрузка урана составляла около 12 кг — значительно меньше, чем у „Бука“. Основой реактора были тепловыделяющие элементы — „гирлянды“, разработанные и изготовленные группой Малыха. Они представляли собой цепочку термоэлементов: катод — „напёрсток“ из вольфрама или молибдена, заполненный окисью урана, анод — тонкостенная трубка из ниобия, охлаждаемая жидким натрий-калием. Температура катода достигала 1650°C. Электрическая мощность установки доходила до 10 кВт.

Первый лётный образец — спутник „Космос-1818“ с установкой „Топаз“ вышел на орбиту 2 февраля 1987 года и безотказно проработал полгода, до исчерпания запасов цезия. Второй спутник — „Космос-1876“ был запущен через год. Он отработал на орбите почти в два раза дольше. Главным разработчиком „Топаза“ было ОКБ ММЗ „Союз“, возглавляемое С.К. Туманским (бывшее КБ конструктора авиамоторов А.А. Микулина).

Это было в конце 1950-х годов, когда мы занимались ионным движителем, а он — двигателем третьей ступени, предназначавшимся для ракеты, которой предстояло облететь Луну и совершить посадку на неё. Воспоминания о мельниковской лаборатории свежи и поныне. Она располагалась в Подлипках (ныне г. Королёв), на площадке № 3 ОКБ-1. Огромный цех площадью около 3000 м2, уставленный десятками письменных столов со шлейфными осциллографами, производящими запись на 100-миллиметровой рулонной бумаге (это была ещё прошлая эпоха, сегодня хватило бы одного персонального компьютера). У передней стены цеха — стенд, где монтируется камера сгорания двигателя „лунной“ ракеты. К осциллографам идут тысячи проводов от датчиков скорости газов, давления, температуры и других параметров. День начинается в 9.00 с зажигания двигателя. Он работает несколько минут, затем сразу после остановки бригада механиков первой смены разбирает его, тщательно осматривает и измеряет камеру сгорания. Одновременно анализируются ленты осциллографов и вырабатываются рекомендации по изменениям конструкции. Вторая смена — конструкторы и рабочие мастерских вносят рекомендованные изменения. В третью смену на стенде монтируются новая камера сгорания и система диагностики. Через сутки, ровно в 9.00, — следующий сеанс. И так без выходных недели, месяцы. Более 300 вариантов двигателя за год!

Так создавались двигатели химических ракет, которым предстояло работать всего 20-30 минут. Что же говорить об испытаниях и доработках ядерно-энергетических установок — расчёт был на то, что они должны работать не один год. Это требовало поистине гигантских усилий.

Ракетные двигатели на жидком топливе дали человеку возможность выйти в космос — на околоземные орбиты. Однако подобные ракеты сжигают 99% топлива за первые несколько минут полёта. Остатка топлива может не хватить для путешествия на другие планеты, да и скорость будет настолько малой, что вояж займёт десятки или сотни лет. Решить проблему могут ядерные двигатели. Как? Будем разбираться вместе.

Принцип работы реактивного двигателя очень прост: он переводит топливо в кинетическую энергию струи (закон сохранения энергии), за счёт направления этой струи ракета движется в пространстве (закон сохранения импульса). Важно понимать, что мы не можем разогнать ракету или самолёт до скорости большей, чем скорость истечения топлива — раскалённого газа, выбрасываемого назад.

Космический аппарат New Horizons

Что же отличает эффективный двигатель от неудачного или устаревшего аналога?
Прежде всего то, сколько топлива потребуется двигателю, чтобы разогнать ракету до нужной скорости. Этот важнейший параметр ракетного двигателя называется удельный импульс
, который определяется как отношение общего импульса к расходу топлива: чем больше этот показатель, тем эффективнее ракетный двигатель. Если ракета практически целиком состоит из топлива (это означает, что в ней нет места для полезного груза, предельный случай), удельный импульс можно считать равным скорости истечения топлива (рабочего тела) из ракетного сопла. Запуск ракеты — крайне дорогостоящее мероприятие, учитывается каждый грамм не только полезного груза, но и топлива, которое тоже весит и занимает место. Поэтому инженеры подбирают всё более и более активное горючее, единица которой давала бы максимальную отдачу, увеличивая удельный импульс.

Подавляющее большинство ракет в истории и современности было оборудовано двигателями, использующими химическую реакцию горения (окисления) топлива.

Они позволили достичь Луны, Венеры, Марса и даже планет дальнего пояса — Юпитера, Сатурна и Нептуна. Правда, космические экспедиции заняли месяцы и годы (автоматические станции Pioneer, Voyager, New Horizons и др. ). Необходимо отметить, что все подобные ракеты расходуют значительную часть топлива для отрыва от Земли, и далее продолжают полёт по инерции с редкими моментами включения двигателя.

Космический аппарат Pioneer

Подобные двигатели подходят для вывода ракет на околоземную орбиту, но, чтобы её разогнать хотя бы до четверти скорости света, понадобится невероятное количество топлива (расчёты показывают, что нужно 103200 грамм топлива, при том, что масса нашей Галактики не более 1056 грамма). Очевидно, что для достижения ближайших планет, а тем более звёзд, нам необходимы достаточно большие скорости, обеспечить которые жидкотопливные ракеты не в состоянии.

​Газофазный ядерный двигатель

Дальний космос — дело совсем другое. Взять хотя бы Марс, «обжитый» фантастами вдоль и поперёк: он хорошо изучен и научно перспективен, а самое главное — близок как никто другой. Дело — за «космическим автобусом», который сможет доставить туда экипаж за разумное время, то есть, как можно быстрее. Но с межпланетным транспортом есть проблемы. Его сложно разогнать до нужной скорости, сохранив при этом приемлемые размеры и потратив разумное количество топлива.

RS-25 (Rocket System 25) — жидкостный ракетный двигатель компании Рокетдайн, США. Применялся на планере космической транспортной системы «Space Shuttle», на каждом из которых было установлено три таких двигателя. Более известен как двигатель SSME (англ. Space Shuttle Main Engine — главный двигатель космического челнока). Основными компонентами топлива являются жидкий кислород (окислитель) и водород (горючее). RS-25 использует схему закрытого цикла (с дожиганием генераторного газа).

Решением может быть «мирный атом», толкающий космические корабли. О создании лёгкого и компактного устройства, способного вывести на орбиту хотя бы самого себя, инженеры задумались ещё в конце 50‑х годов прошлого века. Главное отличие ядерных двигателей от ракет с двигателями внутреннего сгорания в том, что кинетическая энергия получается не за счёт сгорания топлива, а за счёт тепловой энергии распада радио­активных элементов. Давайте сравним эти подходы.

Из жидкостных двигателей
выходит раскалённый «коктейль» выхлопных газов (закон сохранения импульса), образующихся при реакции топлива и окислителя (закон сохранения энергии). В большинстве случаев это комбинация кислорода и водорода (результат горения водорода — обычная вода). h3O обладает гораздо большей молярной массой, чем водород или гелий, поэтому её труднее разогнать, удельный импульс для подобного двигателя 4 500 м/с.

Наземные испытания NASA новой системы запуска космических ракет, 2016 год (штат Юта, США). Эти двигатели будут установлены на космический корабль Orion, на котором планируется миссия на Марс.

В ядерных двигателях
предлагается использовать только водород и разгонять (разогревать) его за счёт энергии ядерного распада. Тем самым идёт экономия на окислителе (кислороде), что уже замечательно, но не всё. Так как у водорода относительно малая удельная масса, нам проще его разогнать до более высоких скоростей. Конечно, можно использовать и другие тепловосприимчивые газы (гелий, аргон, аммиак и метан), но все они не менее чем в два раза проигрывают водороду в самом главном — достижимом удельном импульсе (более 8 км/c).

Так стоит ли его терять? Выигрыш настолько велик, что инженеров не останавливает ни сложность конструкции и управления реактором, ни его большой вес, ни даже радиационная опасность. Тем более никто и не собирается стартовать с поверхности Земли — сборка таких кораблей будет вестись на орбите.

​«Летающий» реактор

Как работает ядерный двигатель? Реак­тор в космическом двигателе намного меньше и компактнее своих наземных аналогов, но все основные компоненты и механизмы управления принципиально те же. Реактор выступает в роли нагревателя, в который подаётся жидкий водород. Температуры в активной зоне достигают (и могут превышать) 3000 градусов. Затем разогретый газ выпускают через сопло.

Однако такие реакторы испускают вредные радиационные излучения. Для защиты экипажа и многочисленного электронного оборудования от радиации нужны основательные меры. Поэтому проекты межпланетных кораблей с атомным движком часто напоминают зонтик: двигатель располагается в экранированном отдельном блоке, соединённом с основным модулем длинной фермой или трубой.

«Камерой сгорания»
ядерного двигателя служит активная зона реактора, в которой подаваемый под большим давлением водород нагревается до 3000 и более градусов. Этот предел определяется только жаропрочностью материалов реактора и свойствами топлива, хотя повышение температуры увеличивает удельный импульс.

Тепловыделяющие элементы
— это жаропрочные ребристые (для повышения площади теплоотдачи) цилиндры-«стаканы», заполненные урановыми таблетками. Они «омываются» потоком газа, играющего роль и рабочего тела, и охладителя реактора. Вся конструкция изолирована бериллиевыми экранами-отражателями, не выпускающими опасное радиационное излучение наружу. Для управления выделением тепла рядом с экранами расположены специальные поворотные барабаны

Существует ряд перспективных конструкций ядерных ракетных двигателей, реализация которых ждёт своего часа. Ведь в основном они будут применяться в межпланетных путешествиях, которые, судя по всему, уже не за горами.

Проекты ядерных двигателей

Эти проекты были заморожены по разным причинам — недостаток денег, сложность конструкции или даже необходимость сборки и установки в открытом космосе.

«ОРИОН» (США, 1950–1960)

Проект пилотируемого ядерно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвёздного ­пространства.

Принцип работы.
Из двигателя корабля, в направлении противоположном полёту, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля (до 100 м). Ударная сила отражается от массивной отражающей плиты в хвосте корабля, «толкая» его вперёд.

«ПРОМЕТЕЙ» (США, 2002–2005)

Проект космического агентства NASA по разработке ядерного двигателя для космических аппаратов.

Принцип работы.
Двигатель космического корабля должен был состоять из ионизированных частиц, создающих тягу, и компактного ядерного реактора, обеспечивающего установку энергией. Ионный двигатель создаёт тягу порядка 60 грамм, но сможет работать постоянно. В конечном счёте, корабль постепенно сможет набрать огромную скорость — 50 км/сек, затратив минимальное количество энергии.

«ПЛУТОН» (США, 1957–1964)

Проект по разработке ядерного прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

Принцип работы.
Воздух через переднюю часть транспортного средства попадает в ядерный реактор, в котором нагревается. Горячий воздух расширяется, приобретает большую скорость и высвобождается через сопло, обеспечивая необходимую тягу.

NERVA (США, 1952–1972)

(англ. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) — совместная программа Комиссии по атомной энергии США и NASA по созданию ядерного ракетного двигателя.

Принцип работы.
Жидкий гидрогель подаётся в специальный отсек, в котором происходит его нагревание ядерным реактором. Горячий газ расширяется и высвобождается в сопле, создавая тягу.

Ядерные реактивные двигатели – будущее космонавтики

Ядерные реактивные двигатели – будущее космонавтики» Сергеев Алексей, 9 «А» класс МОУ «СОШ №84» Научный консультант: Г. И. Дубов, заместитель директора некоммерческого партнерства по научной и инновационной деятельности «Томский Атомный Центр» Руководитель: Л.Н.Рыбина, учитель физики МОУ «СОШ №84» ЗАТО Северск Введение Двигательные установки на борту космического аппарата предназначены для создания силы тяги или момента импульса. По типу используемой тяги двигательной установки разделяются на химические (ХРД) и нехимические (НХРД). ХРД делятся на жидкостные (ЖРД), твердотопливные (РДТТ) и комбинированные (КРД). В свою очередь нехимические двигательные установки делятся на ядерные (ЯРД) и электрическими (ЭРД). Великий ученый Константин Эдуардович Циолковский еще век назад создал первую модель двигательной установки, которая работала на твердом и жидком топливе. После, во второй половине 20 века были осуществлены тысячи полетов с использованием в основном ЖРД и РДТТ. Однако в настоящее время для полетов на другие планеты, не говоря уж о звездах, применение ЖРД и РДТТ становится все более невыгодным, хотя и было разработано множество РД. Скорее всего, возможности ЖРД и РДТТ себя полностью исчерпали. Причина здесь заключается в том, что удельный импульс всех химических РД невысок и не превышает 5000 м/с, что требует для развития достаточно больших скоростей длительной работы ДУ и соответственно больших запасов топлива или, как принято в космонавтике, необходимы большие значения числа Циолковского, т.е. отношения массы заправленной ракеты к массе пустой. Так РН Энергия, выводящая на низкую орбиту 100 т полезной нагрузки, имеет стартовую массу около 3 000 т, что дает для числа Циолковского значение в пределах 30. Для полета к примеру на Марс число Циолковского должно быть еще выше, достигая значений от 30 до 50. Нетрудно оценить, что при полезном грузе около 1 000 т, а именно в таких пределах колеблется минимальная масса требуемая для обеспечения всем необходимым экипаж, стартующий к Марсу с учетом запаса топлива для обратного полета к Земле, начальная масса КА должна быть не менее 30 000 — 50 000 т., что явно находится за пределами уровня развития современной космонавтики, основанной на применении ЖРД и РДТТ. Таким образом, для достижения пилотируемыми экипажами даже ближайших планет необходимо развивать РН на двигателях, работающих на принципах, отличных от химических ДУ. Наиболее перспективными в этом плане являются электрические реактивные двигатели (ЭРД), термохимические ракетные двигатели и ядерные реактивные (ЯРД). 1.Основные понятия Ракетный двигатель – это реактивный двигатель, не использующий для работы окружающую среду (воздух, воду). Наиболее широко применяются химические ракетные двигатели. Разрабатываются и испытываются другие виды ракетных двигателей – электрические, ядерные и другие. На космических станциях и аппаратах широко применяют и простейшие ракетные двигатели, работающие на сжатых газах. Обычно в качестве рабочего тела в них используют азот. /1/ Классификация двигательных установок 2. Назначение ракетных двигателей По назначению ракетные двигатели подразделяют на несколько основных видов: разгонные (стартовые), тормозные, маршевые, управляющие и другие. Ракетные двигатели в основном применяются на ракетах (отсюда взято название). Кроме этого ракетные двигатели иногда применяют в авиации. Ракетные двигатели являются основными двигателями в космонавтике. Военные (боевые) ракеты обычно имеют твердотопливные двигатели. Это связанно с тем, что такой двигатель заправляется на заводе и не требует обслуживания весь срок хранения и службы самой ракеты. Часто твердотопливные двигатели применяют как разгонные для космических ракет. Особенно широко, в этом качестве, их применяют в США, Франции, Японии и Китае. Жидкостные ракетные двигатели имеют более высокие тяговые характеристики, чем твердотопливные. Поэтому их применяют для вывода космических ракет на орбиту вокруг Земли и на межпланетные перелёты. Основными жидкими топливами для ракет являются керосин, гептан (диметилгидразин) и жидкий водород. Для таких видов топлива обязательно необходим окислитель (кислород). В качестве окислителя в таких двигателях применяют азотную кислоту и сжиженный кислород. Азотная кислота уступает сжиженному кислороду по окислительным свойствам, но не требует поддержания особого температурного режима при хранении, заправки и использовании ракет Двигатели для космических полетов отличаются от земных тем, что они при возможно меньшей массе и объеме должны вырабатывать как можно большую мощность. Кроме того, к ним предъявляются такие требования, как исключительно высокая эффективность и надежность, значительное время работы. По виду используемой энергии двигательные установки космических аппаратов подразделяются на четыре типа: термохимические, ядерные, электрические, солнечно – парусные. Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества и недостатки и может применяться в определенных условиях. В настоящее время космические корабли, орбитальные станции и беспилотные спутники Земли выводятся в космос ракетами, оснащенными мощными термохимическими двигателями. Существуют также миниатюрные двигатели малой силы тяги. Это уменьшенная копия мощных двигателей. Некоторые из них могут уместиться на ладони. Сила тяги таких двигателей очень мала, но её бывает достаточно, чтобы управлять положением корабля в пространстве 3.Термохимические ракетные двигатели. Известно, что в двигателе внутреннего сгорания, топке парового котла – всюду, где происходит сгорание, самое активное участие принимает атмосферный кислород. В космическом пространстве воздуха нет, а для работы ракетных двигателей в космическом пространстве необходимо иметь два компонента – горючее и окислитель. В жидкостных термохимических ракетных двигателях в качестве горючего используется спирт, керосин, бензин, анилин, гидразин, диметилгидразин, жидкий водород. В качестве окислителя применяют жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота. Возможно, в будущем будет применяться в качестве окислителя жидкий фтор, когда будут изобретены способы хранения и использования такого активного химического вещества Горючее и окислитель для жидкостных реактивных двигателей хранятся раздельно, в специальных баках и с помощью насосов подаются в камеру сгорания. При их соединении в камере сгорания развивается температура до 3000 – 4500 °С. Продукты сгорания, расширяясь, приобретают скорость от 2500 до 4500 м/с. Отталкиваясь от корпуса двигателя, они создают реактивную тягу. При этом, чем больше масса и скорость истечения газов, тем больше силы тяги двигателя. Удельную тягу двигателей принято оценивать величиной тяги создаваемой единицей массы топлива сгораемой за одну секунду. Эту величину называют удельным импульсом ракетного двигателя и измеряют в секундах (кг тяги / кг сгоревшего топлива в секунду). Лучшие твердотопливные ракетные двигатели имеют удельный импульс до 190 с., то есть 1 кг топлива сгорающий за одну секунду создает тягу 190 кг. Водородно-кислородный ракетный двигатель имеет удельный импульс 350 с. Теоретически водородно-фторовый двигатель может развить удельный импульс более 400с. Обычно применяемая схема жидкостного ракетного двигателя работает следующим образом. Сжатый газ создает необходимый напор в баках с криогенным горючим, для предотвращения возникновения газовых пузырей в трубопроводах. Насосы подают топливо в ракетные двигатели. Топливо впрыскивается в камеру сгорания через большое количество форсунок. Также через форсунки в камеру сгорания впрыскивают и окислитель. В любой машине при сгорании топлива образуются большие тепловые потоки, нагревающие стенки двигателя. Если не охлаждать стенки камеры, то она быстро прогорит, из какого бы материала она ни была сделана. Жидкостный реактивный двигатель, как правило, охлаждают одним из компонентов топлива. Для этого камеру делают двух стеночной. В зазоре между стенками протекает холодный компонент топлива. Кислородо-керосиновый 4-камерный жидкостный ракетный двигатель РД-107 с тягой 1 МН (102 тс) первоц ступени ракеты-носителя «Восток» (ГДЛ-ОКБ, 1954-57): – рулевые камеры сгорания; – основные камеры сгорания; – силовая рама; – газогенератор; – теплообменник на турбине; – насос окислителя; – насос горючего Большую силу тяги создает двигатель, работающий на жидком кислороде и жидком водороде. В реактивной струе этого двигателя газы мчатся со скоростью немногим больше 4 км/с. Температура этой струи около 3000°С, и состоит она из перегретого водяного пара, который образуется при сгорании водорода и кислорода. Основные данные типичных топлив для жидкостных реактивных двигателей приведены в таблице №1 Но у кислорода наряду с достоинствами есть и один недостаток – при нормальной температуре он представляет собой газ. Понятно, что применять в ракете газообразный кислород нельзя ведь в этом случае пришлось бы его хранить под большим давлением в массивных баллонах. Поэтому уже Циолковский, первым предложивший кислород в качестве компонента ракетного топлива, говорил о жидком кислороде как о компоненте без которого космические полеты не будут возможны. Чтобы превратить кислород в жидкость, его нужно охладить до температуры -183°С. Однако сжиженный кислород легко и быстро испаряется, даже если его хранить в специальных теплоизолированных сосудах. Поэтому нельзя долго держать снаряженной ракету, двигатель которой использует в качестве окислителя жидкий кислород. Заправлять кислородный бак такой ракеты приходится непосредственно перед запуском. Если такое возможно для космических и других ракет гражданского назначения, то для военных ракет, которые требуется поддерживать в готовности к немедленному запуску в течение длительного времени такое неприемлемо. Азотная кислота не обладает таким недостатком и поэтому является «сохраняющимся» окислителем. Этим объясняется её прочное положение в ракетной технике, особенно военной, несмотря на существенно меньшую силу тяги, которую она обеспечивает. Использование наиболее сильного из всех известных химии окислителей – фтора позволит существенно увеличить эффективность жидкостных реактивных двигателей. Однако жидкий фтор очень неудобен в эксплуатации и хранении из-за ядовитости и низкой температуры кипения (-188°С). Но это не останавливает ученых-ракетчиков: экспериментальные двигатели на фторе уже существуют и испытываются в лабораториях и на экспериментальных стендах. Советский ученый Ф.А. Цандер еще в тридцатые годы в своих трудах предложил использовать в межпланетных полетах в качестве горючего легкие металлы, из которых будет изготовлен космический корабль – литий, бериллий, алюминий и др. В особенности как добавку к обычному топливу, например водородно-кислородному. Подобные «тройные композиции» способны обеспечить наибольшую из возможных для химических топлив скорость истечения – до 5 км/с. Но это уже практически предел ресурсов химии. Большего она практически сделать не может. Хотя в предлагаемом описании пока преобладают жидкостные ракетные двигатели, нужно сказать, что первым в истории человечества был создан термохимический ракетный двигатель на твердом топливе – РДТТ. Топливо – например специальный порох – находится непосредственно в камере сгорания. Камера сгорания с реактивным соплом, заполненная твердым топливом – вот и вся конструкция. Режим сгорания твердого топлива зависит от предназначения РДТТ (стартовый, маршевый или комбинированный). Для твердотопливных ракет применяемых в военном деле характерно наличие стартового и маршевого двигателей. Стартовый РДТТ развивает большую тягу на очень короткое время, что необходимо для схода ракеты с пусковой установки и её первоначального разгона. Маршевый РДТТ предназначен для поддержания постоянной скорости полета ракеты на основном (маршевом) участке траектории полета. Различия между ними заключаются в основном в конструкции камеры сгорания и профиле поверхности горения топливного заряда, которые определяют скорость горения топлива от которой зависит время работы и тяга двигателя. В отличие от таких ракет космические ракеты-носители для запуска спутников Земли, орбитальных станций и космических кораблей, а также межпланетных станций работают только в стартовом режиме со старта ракеты до вывода объекта на орбиту вокруг Земли или на межпланетную траекторию. В целом твердотопливные ракетные двигатели не имеют много преимуществ перед двигателями на жидком топливе: они просты в изготовлении, длительное время могут храниться, всегда готовы к действию, относительно взрывобезопасны. Но по удельной тяге твердотопливные двигатели на 10-30% уступают жидкостным. 4.Электрические ракетные двигатели Почти все рассмотренные выше ракетные двигатели, развивают огромную силу тяги и предназначены для вывода космических аппаратов на орбиту вокруг Земли и разгона их до космических скоростей для межпланетных полетов. Совсем другое дело – двигательные установки для уже выведенных на орбиту или на межпланетную траекторию космических аппаратов. Здесь, как правило, нужны двигатели малой мощности (несколько киловатт или даже ватт) способные работать сотни и тысячи часов и многократно включаться и выключаться. Они позволяют поддерживать полет на орбите или по заданной траектории, компенсируя сопротивление полету создаваемое верхними слоями атмосферы и солнечным ветром. В электрических ракетных двигателях разгон рабочего тела до определенной скорости производится нагреванием его электрической энергией. Электроэнергия поступает от солнечных батарей или атомной электростанции. Способы нагревания рабочего тела различны, но реально применяется в основном электродуговой. Он показал себя очень надежным и выдерживает большое количество включений. В качестве рабочего тела в электродуговых двигателя применяют водород. С помощью электрической дуги водород нагревается до очень высокой температуры и он превращается в плазму — электрически нейтральную смесь положительных ионов и электронов. Скорость истечения плазмы из двигателя достигает 20 км/с. Когда ученые решат проблему магнитной изоляции плазмы от стенок камеры двигателя, тогда можно будет значительно повысить температуру плазмы и довести скорость истечения до 100 км/с. Первый электрический ракетный двигатель был разработан в Советском Союзе в 1929-1933 гг. под руководством В.П. Глушко (впоследствии он стал создателем двигателей для советских космических ракет и академиком) в знаменитой газодинамической лаборатории (ГДЛ)./10/ 5.Другие виды двигателей Существуют и более экзотические проекты ядерных ракетных двигателей, в которых делящееся вещество находится в жидком, газообразном или даже плазменном состоянии, однако реализация подобных конструкций на современном уровне техники и технологий нереальна. Существуют, пока на стадии теоретической или лабораторной следующие проекты ракетных двигателей — импульсные ядерные ракетные двигатели использующие энергию взрывов небольших ядерных зарядов; — термоядерные ракетные двигатели, в которых в качестве топлива может использоваться изотоп водорода. Энергопроизводительность водорода в такой реакции составляет 6,8*1011 КДж/кг, то есть примерно на два порядка выше производительности ядерных реакций деления; — солнечно-парусные двигатели – в которых используется давление солнечного света (солнечный ветер), существование которого опытным путем доказал русский физик П.Н. Лебедев еще в 1899 году. Расчетным путем ученые установили, что аппарат массой в 1 т, снабженный парусом диаметром 500 м, может долететь от Земли до Марса примерно за 300 суток. Однако эффективность солнечного паруса быстро уменьшается с удалением от Солнца. 6.Ядерные ракетные двигатели Один из основных недостатков ракетных двигателей, работающих на жидком топливе, связан с ограниченной скоростью истечения газов. В ядерных ракетных двигателях представляется возможным использовать колоссальную энергию, выводящуюся при разложении ядерного «горючего», для нагревания рабочего вещества. Принцип действия ядерных ракетных двигателей почти не отличается от принципа действия термохимических двигателей. Разница заключается в том, что рабочее тело нагревается не за счет своей собственной химической энергии, а за счет «посторонней» энергии, выделяющейся при внутриядерной реакции. Рабочее тело пропускается через ядерный реактор, в котором происходит реакция деления атомных ядер (например, урана), и при этом нагревается. У ядерных ракетных двигателей отпадает необходимость в окислителе и поэтому может быть использована только одна жидкость. В качестве рабочего тела целесообразно применять вещества, позволяющие двигателю развивать большую силу тяги. Этому условию наиболее полно удовлетворяет водород, затем следует аммиак, гидразин и вода. Процессы, при которых выделяется ядерная энергия, подразделяют на радиоактивные превращения, реакции деления тяжелых ядер, реакцию синтеза легких ядер. Радиоизотопные превращения реализуются в так называемых изотопных источниках энергии. Удельная массовая энергия (энергия, которую может выделить вещество массой 1кг) искусственных радиоактивных изотопов значительно выше, чем химических топлив. Так, для 210Ро она равна 5*10 8КДж/кг, в то время как для наиболее энергопроизводительного химического топлива (бериллий с кислородом) это значение не превышает 3*10 4 КДж/кг. К сожалению, подобные двигатели применять на космических ракетах-носителях пока не рационально. Причина этого – высокая стоимость изотопного вещества и трудности эксплуатации. Ведь изотоп выделяет энергию постоянно, даже при его транспортировке в специальном контейнере и при стоянке ракеты на старте. В ядерных реакторах используется более энергопроизводительное топливо. Так, удельная массовая энергия 235U (делящегося изотопа урана) равна 6,75*10 9 КДж/кг, то есть примерно на порядок выше, чем у изотопа 210Ро. Эти двигатели можно «включать» и «выключать», ядерное горючее (233U, 235U, 238U, 239Pu) значительно дешевле изотопного. У таких двигателей в качестве рабочего тела может применяться не только вода, но и более эффективные рабочие вещества – спирт, аммиак, жидкий водород. Удельная тяга двигателя с жидким водородом равна 900 с. В простейшей схеме ядерного ракетного двигателя с реактором, работающим на твердом ядерном горючем рабочее тело размещено в баке. Насос подает его в камеру двигателя. Распыляясь с помощью форсунок, рабочее тело вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным горючим, нагревается, расширяется и с большой скоростью выбрасывается через сопло наружу. Ядерное горючее по запасу энергии превосходит любой другой вид топлива. Тогда возникает закономерный вопрос – почему же установки на этом горючем имеют все-таки сравнительно небольшую удельную тягу и большую массу? Дело в том, что удельная тяга твердофазного ядерного ракетного двигателя ограничена температурой делящегося вещества, а энергетическая установка при работе испускает сильное ионизирующее излучение, оказывающее вредное действие на живые организмы. Биологическая защита от таких излучений имеет большой вес не применима на космических летательных аппаратах. Практические разработки ядерных ракетных двигателей, использующих твердое ядерное горючее, были начаты в середине 50-х годов 20-го столетия в Советском Союзе и США, почти одновременно со строительством первых ядерных электростанций. Работы проводились в обстановке повышенной секретности, но известно, что реального применения в космонавтике такие ракетные двигатели до сих пор не получили. Все пока ограничилось использованием изотопных источников электроэнергии относительно небольшой мощности на беспилотных искусственных спутниках Земли, межпланетных космических аппаратах и всемирно известном советском «луноходе». 7.Ядерные реактивные двигатели, принцип работы, способы получения импульса в ЯРД. ЯРД получили свое название благодаря тому, что создают тягу за счет использования ядерной энергии, т. е. энергии, которая выделяется в результате ядерных реакций. В общем смысле под этими реакциями подразумеваются любые изменения энергетического состояния атомных ядер, а также превращения одних ядер в другие, связанные с перестройкой структуры ядер или изменением количества содержащихся в них элементарных частиц — нуклонов. Причем ядерные реакции, как известно, могут происходить либо спонтанно (т. е. самопроизвольно), либо вызываться искусственно, например, при бомбардировке одних ядер другими (или элементарными частицами). Ядерные реакции деления и синтеза по величине энергии превосходят химические реакции соответственно в миллионы и десятки миллионов раз. Это объясняется тем обстоятельством, что энергия химической связи атомов в молекулах во много раз меньше энергии ядерной связи нуклонов в ядре. Ядерную энергию в ракетных двигателях можно использовать двумя способами: 1. Высвобождаемая энергия используется для нагрева рабочего тела, которое затем расширяется в сопле, так же как в обычном ЖРД. 2. Ядерная энергия преобразуется в электрическую и затем используется для ионизации и разгона частиц рабочего тела. 3. Наконец импульс создается самими продуктами деления, образованными в процессе ядерной реакции деления./16/ 8.ЯРД с реактором деления. Двигательная установка с ЯРД. Этот тип ЯРД представляет собой сочетание энергетического реактора, подобного тем, которые используются в атомных электростанциях или на надводных и подводных судах, с жидкостным ракетным двигателем. В ЯРД реактор выполняет ту же функцию, что и камера сгорания в ЖРД, а именно служит для обращения исходного рабочего тела в высокотемпературный газ. Как и в случае ЖРД, этот газ разгоняется затем в реактивном сопле, создавая тягу. По аналогии с ЖРД исходное рабочее тело ЯРД хранится в жидком состоянии в баке двигательной установки и его подача производится при помощи турбонасосного агрегата. Газ для вращения этого агрегата, состоящего из турбины и насоса, может вырабатываться в самом реакторе. Схема такой двигательной установки изображена на рисунке. Существует множество ЯРД с реактором деления: -Твердофазный -Газофазный -Жидкофазные и коллоидные — ЯРД с реактором синтеза -Импульсные ЯРД и другие Из всех возможных типов ЯРД наиболее разработаны тепловой радиоизотопный двигатель и двигатель с твердофазным реактором деления. Но если характеристики радиоизотопных ЯРД не позволяют надеяться на их широкое применение в космонавтике (по крайней мере в ближайшем будущем), то создание твердофазных ЯРД открывает перед космонавтикой большие перспективы. Типичный ЯРД этого типа содержит твердофазный реактор в виде цилиндра с высотой и диаметром около 1-2 м (при близости этих параметров утечка нейтронов деления в окружающее пространство минимальна). Реактор состоит из активной зоны; отражателя, окружающего эту зону; управляющих органов; силового корпуса и других элементов. Активная зона содержит ядерное горючее — делящееся вещество (обогащенный уран), заключенное в тепловыделяющих элементах, и замедлитель или разбавитель. Реактор, представленный на рисунке, является гомогенным — в нем замедлитель входит в состав тепловыделяющих элементов, будучи однородно перемешанным с горючим. Замедлитель может размещаться и отдельно от ядерного горючего. В этом случае реактор называется гетерогенным. Разбавители (ими могут быть, «например, тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден) используются для придания делящимся веществам специальных свойств. Тепловыделяющие элементы твердофазного реактора пронизаны каналами, по которым протекает, постепенно нагреваясь, рабочее тело ЯРД. Каналы имеют диаметр порядка 1-3 мм, а их суммарная площадь составляет 20-30% поперечного сечения активной зоны. Активная зона подвешивается при помощи специальной решетки внутри силового корпуса, с тем чтобы она могла расширяться при нагреве реактора (иначе она разрушилась бы из-за термических напряжений). Активная зона испытывает высокие механические нагрузки, связанные с действием значительных гидравлических перепадов давления (до нескольких десятков атмосфер) от протекающего рабочего тела, термических напряжений и вибраций. Увеличение размеров активной зоны при нагреве реактора достигает нескольких сантиметров. Активная зона и отражатель размещаются внутри прочного силового корпуса, воспринимающего давление рабочего тела и тягу, создаваемую реактивным соплом. Корпус закрывается прочной крышкой. На ней размещаются пневматические, пружинные или электрические механизмы привода регулирующих органов, узлы крепления ЯРД к космическому аппарату, фланцы для соединения ЯРД с питающими трубопроводами рабочего тела. На крышке может располагаться и турбонасосный агрегат. В качестве простейших органов управления реактором используются регулирующие стержни, размещаемые в активной зоне или отражателе (в специальных гнездах), и поворотные барабаны, устанавливаемые на периферии реактора. Стержни содержат вещества, сильно поглощающие нейтроны (бор, кадмий). Перемещение стержней внутри реактора позволяет изменять количество реакций деления ядерного горючего в единицу времени и в итоге уровень энерговыделения в реакторе — его тепловую мощность. На боковых сторонах барабанов укреплены пластины из веществ-поглотителей нейтронов, и, таким образом, при повороте барабанов эти вещества (как и в случае стержней) вводятся в активную зону или выводятся из нее. Как правило, внутри силового корпуса реактора, над активной зоной, размещают так называемую первичную реакторную защиту. Она снижает интенсивность опасного гамма- и нейтронного излучения, выходящего из реактора в направлении остальной части космического аппарата. Замедлитель, отражатель, органы управления, защита и корпус реактора должны охлаждаться, для исключения их перегрева вследствие поглощаемого ими излучения реактора. С этой целью в указанных элементах предусматриваются каналы, по которым пропускается рабочее тело. После прохождения каналов оно газифицируется и может быть использовано для привода турбонасосного агрегата. Реактор твердофазного ЯРД отличается от аналогичного типа реакторов, используемых в атомных электростанциях и на морских судах, значительно более напряженным рабочим процессом, малыми размерами и массой, кратковременностью переходных процессов, небольшим рабочим ресурсом (не превышающим нескольких часов). В качестве ядерного горючего в реакторах твердофазных ЯРД используется в основном уран-238, обогащенный (примерно до 90%) изотопом уран-235. В будущем в ЯРД найдут, по-видимому, применение также плутоний-239 и уран-233, что позволит существенно снизить массу активной зоны реакторов. В настоящее время эти вещества слишком дороги и дефицитны. /3/ 9.Твёрдофазный ядерный реактивный двигатель Твёрдофазый ядерный реактивный двигатель (ТЯРД) — реактивный двигатель, в котором используется в качестве основного источника энергии высокотемпературный атомный реактор канального типа, в котором за счёт теплоносителя (водород, гелий и др) происходит съём тепла и образование реактивной струи сжатого, раскалённого газа. В отличие от радиоизотопных ракетных двигателей режим работы ТЯРД поддаётся глубокому регулированию. Первый советский ядерный ракетный двигатель РД-041 10.Историческая справка 10.1.Работы по ТЯРД в США Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель (Проект NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) История ТЯРД начинается в США в 50-е годы. В те времена в Америке появилась идея практической демонстрации осуществимости ядерного реактивного двигателя которая получила название «Ровер». В 1954-1955 г. г группа заинтересованных американских учёных Лос-Аламосской лаборатории подготовила доклад об осуществимости этого двигателя на основании ряда опытов и исследований. В следствие этого доклада КАЭ США приняла оффициальное решение о планировании работ по ядерному ракетному двигателю, и созданию действующего образца такого двигателя. Весь объём работ был поручен Лос-Аламосской научной лаборатории и Радиационной лаборатории в Ливерморе при Калифорнийском университете. В 1956 году, после скрупулёзного рассмотрения проделанной работы, все исследования Радиационной лаборатории были направленны на создание прямоточного ядерного реактивного двигателя по проекту «Плуто». Схема устройства американского ТЯРД (По программе NERVA) (1— Основание бака с жидким водородом, 2— Шары-баллоны, 3— Рама крепления, 4-Радиационный защитный экран, 5-Отражатель, окружающий активную зону, 6— Активная зона ядерного реактора, 7— Трубопровод системы охлаждения сопла, 8— Сопло, 9— Расширяющийся сопловой насадок, 10— Отбор рабочего вещества на турбину, 11— Силовой корпус, 12— Управляющий барабан, 13— Выхлоп турбины (используется для управления ориентацией и увеличения тяги), 14— Кольцо приводов управляющих барабанов) В начале 1957 года было определено окончательное направление работ Лос-Аламосской лаборатории, и принято решение по строительству графитового ядерного реактора с диспергированным в графите урановым горючим. Созданный в этом направлении реактор «Киви-А» был испытан в 1959 году 1-го июля. Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель ХЕ Prime на испытательном стенде (1968.г) Помимо строительства реактора Лос-Аламосская лаборатория вела полным ходом работы по строительству специального испытательного полигона в Неваде, а также выполняла ряд специальных заказов ВВС США в смежных областях (разработка отдельных узлов ТЯРД). По поручению Лос-Аламосской лаборатории все специальные заказы на изготовления отдельных узлов осуществляли фирмы: «Аэроджет дженерал», отделение «Рокетдайн» фирмы «Норс-америкен авиэйшн». Летом 1958 года весь контроль за выполнением программы «Ровер» перешёл от ВВС США к вновь организованному Национальному управлению по аэронавтике и космосу (НАСА). В результате специального соглашения между КАЭ и НАСА в середине лета 1960 года было образовано Управление космическими ядерными двигателями под руководством Г. Фингера, которое и возглавило программу «Ровер» в дальнейшем. Полученные результаты шести «горячих испытаний» ядерных реактивных двигателей оказались весьма обнадёживающими, и в начале 1961 года был подготовлен доклад об испытаниях реактора (RJFT) в полёте. Затем в середине 1961 года стартовал проект «Нерва» (применение ядерного двигателя для космических ракет). В качестве генерального подрядчика была выбрана фирма «Аэроджет дженерал», а в качестве субподрядчика отвечающего за строительство реактора фирма «Вестингауз». 10.2 Работы по ТЯРД в России В Советском Союзе разработка и проектирование первых ТЯРД проводилось во второй половине 50-х годов. Проведение работ производилось КБ главных конструкторов А.М. Люльки, С.А. Лавочкина, В.М. Мясищева, М.М. Бондарюка, В.П. Глушко совместно с рядом научно-исследовательских институтов — НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ, СФТИ и др. Летом 1959 года сотрудники НИИТП В.М. Иевлев и Ю.А. Трескин представили доклад о постановке эксперимента на исследовательском реакторе ИГР, первый пуск которого состоялся в 1961 году. Конструкции сборки совершенствовались, и уже в 1975-1989 гг. на новом реакторе ИВГ-1 была выполнена отработка тепловыделяющих сборок на ресурс в форсированном режиме при температурах до 3100 К (до 2827°С) и теплонапряжении реакторного объёма до 20 кВт/см3 (на порядок выше, чем в США). На стендовом реакторе минимальной размерности (ИРГИТ) проводились контрольные пуски при мощности до 60 МВт и температуре до 2650 К (2377°С). В отличие от американцев российские ученые использовали наболее экономичные и эффективные испытания отдельных тепловыделяющих элементов в исследовательских реакторах. Весь комплекс произведённых работ в 70-80-е годы позволило в КБ «Салют», КБ химавтоматики, ИАЭ, НИКИЭТ и НПО «Луч» (ПНИТИ) разрабатывать различные проекты космических ЯРД и гибридных ядерных энергодвигательных установок. В КБ химавтоматики при научном руководстве НИИТП (за элементы реактора отвечали ФЭИ, ИАЭ, НИКИЭТ, НИИТВЭЛ, НПО «Луч», МАИ) создавались ЯРД РД 0411 и ядерный двигатель минимальной размерности РД 0410 тягой 40 и 3,6 т соответственно. В результате были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний на газообразном водороде. В отличие от американского, с удельным импульсом не больше 8250 м/с, советский ТЯРД за счет применения более жаростойких и совершенных по конструкции тепловыделяющих элементов и высокой температуры в активной зоне имел этот показатель равным 9100 м/с и выше. Стендовая база для испытаний ТЯРД объединенной экспедиции НПО «Луч» размещалась в 50 км юго-западнее г. Семипалатинск-21. Она начала работать в 1962 году. В 1971-1978 гг. на полигоне испытывались натурные тепловыделяющие элементы прототипов ЯРД. При этом отработанный газ поступал в систему закрытого выброса. Стендовый комплекс для полноразмерных испытаний ядерных двигателей «Байкал-1» находится в 65 км к югу от г. Семипалатинск-21. С 1970 по 1988 год проведено около 30 «горячих пусков» реакторов. При этом мощность не превышала 230 МВт при расходе водорода до 16,5 кг/сек и его температуре на выходе из реактора 3100 К. Все запуски прошли успешно, безаварийно, и по плану. Советский ТЯРД РД-0410 — единственный работающий и надёжный промышленный ядерный ракетный двигатель в мире В настоящее время подобные работы на полигоне прекращены, хотя оборудование поддерживается в относительно работоспособном состоянии. Стендовая база НПО «Луч» — единственный в мире экспериментальный комплекс, где можно без значительных финансовых и временных затрат проводить испытания элементов реакторов ЯРД. Не исключено, что возобновление в США работ по ТЯРД для полетов к Луне и Марсу в рамках программы «Космическая исследовательская инициатива» с планируемым участием в них специалистов России и Казахстана приведет к возобновлению деятельности семипалатинской базы и осуществлению «марсианской» экспедиции в 2020-е годы. Основные характеристики Удельный импульс на водороде: 910 — 980 сек (теор.до 1000 сек). Скорость истечения рабочего тела (водород): 9100 — 9800 м/сек. Достижимая тяга: до сотен и тысяч тонн. Максимальные рабочие температуры: 3000°С — 3700°С (кратковременное включение). Ресурс работы: до нескольких тысяч часов (периодическое включение). /5/ 11.Устройство Устройство советского твёрдофазного ядерного ракетного двигателя РД-0410 1— магистраль от бака рабочего тела 2— турбонасосный агрегат 3— привод регулирующего барабана 4— радиационная защита 5— регулирующий барабан 6— замедлитель 7— тепловыделяющая сборки 8— корпус реактора 9— огневое днище 10— магистраль охлаждения сопла 11- сопловая камера 12— сопло 12.Принцип работы ТЯРД по своему принципу работы представляет собой высокотемпературный реактор-теплообменник, в который вводится рабочее тело (жидкий водород) под давлением, и по мере его разогрева до высоких температур (свыше 3000°С) выбрасывается через охлаждаемое сопло. Регенерация тепла в сопле очень выгодна, так как позволяет значительно быстрее разогревать водород и утилизируя значительное количество тепловой энергии повысить удельный импульс до 1000 сек (9100— 9800 м/с). Реактор ядерного ракетного двигателя INCLUDEPICTURE «http://www.luch.podolsk.ru/yard/image003.gif» \* MERGEFORMATINET а) Петлевой экспериментальный канал б) Технологические каналы в) Регулирующие барабаны г) Отражатель д) Корпус реактора /11/ 13.Топливо (ядерное горючее) В качестве высокоэффективных топливных композиций ТЯРД применяется сплошное карбидное горючее: сплавы карбида урана с карбидом ниобия, карбидом циркония, карбидом тантала. Максимальное содержание монокарбида урана в карбидном горючем не превышает 50% (мол) так как необходимо чтоб горючее имело температуру плавления свыше 3200°С. В случае понижения содержания карбида урана в горючем до 40-20% (мол) температура плавления горючего увеличивается на сотни градусов, и появляется возможность увеличить и температуру нагреваемого рабочего тела, и соответственно удельный импульс. Наиболее высокотемпературной топливной композицией в настоящее время считается сплав монокарбида урана с карбидом тантала (3650°С (20% монокарбида урана)), 3700°С (10% монокарбида урана)), которые позволяют при меньшем общем энергозапасе горючего обеспечить нагрев рабочего тела до 3300°С — 3500°С. Исследованные композиции монокарбида урана с карбидом гафния оказались бесперспективны (несмотря на ещё более высокую температуру плавления) так как гафний входящий в состав сплава обладает существенным сечением захвата тепловых нейтронов, и это его свойство сводит на нет применение такого горючего. 14.Рабочее тело В качестве рабочего тела в ТЯРД применяется жидкий водород с дополнительно вводимыми функциональными добавками (гексан, гелий) как наиболее эффективный теплоноситель позволяющий достичь высоких значений удельного импульса. Помимо водорода может быть использован гелий, аргон и другие инертные газы. Но в случае применения гелия резко падает достижимый удельный импульс (в два раза) и резко возрастает стоимость теплоносителя. Аргон существенно дешевле гелия и может быть применён в ТЯРД, но его теплофизические свойства намного уступают гелию и тем более водороду (в 4 раза меньший удельный импульс). Более тяжёлые инертные газы из-за еще более худших теплофизических и экономических (высокая стоимость) показателей не могут быть применены в ТЯРД. Применение в качестве рабочего тела аммиака в принципе возможно, но при высоких температурах атомы азота образующегося при распаде аммиака вызывают высокотемпературную коррозию элементов ТЯРД. Кроме того достижимый удельный импульс настолько мал что уступает некоторым химическим топливам. В целом применение аммиака нецелесообразно. Использование углеводородов в качестве рабочего тела также возможно, но из всех углеводородов может быть применён только метан ввиду наибольшей стабильности. Углеводороды в большей степени показаны как функциональные добавки к рабочему телу. В частности добавка гексана к водороду улучшает работу ТЯРД в ядерно-физическом отношении и увеличивает ресурс работы карбидного топлива. Сравнительные характеристики рабочих тел ЯРД Рабочее тело Плотность, г/см3 Удельная тяга (при указанных температурах в камере нагрева, °К), сек 1920 2760 3590 4420 5250 Водород 0,071 (жидк) 638 774 905 1060 1235 Гелий 0,29 (жидк) 401 481 550 610 664 Аммиак 0,682 (жидк) 312 376 438 507 587 Вода 1,000 (жидк) 226 276 нет. данн нет.данн нет.данн (Примечание: Давление в камере нагрева 45,7 атм, расширение до давления 1 атм при неизменном химическом составе рабочего тела) /6/ 15.Преимущества Основным приемуществом ТЯРД перед химическими ракетными двигателями является получение более высокого удельного импульса, значительный энергозапас, компактность системы и возможность получения очень большой тяги (десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме. В целом удельный импульс достигаемый в вакууме больше чем у отработанного двухкомпонентного химического ракетного топлива (керосин-кислород, водород-кислород) в 3-4 раза, а при работе на наивысшей теплонапряжённости в 4-5 раз. В настоящее время в США и России существует значительный опыт разработки и постройки таких двигателей, и в случае необходимости (специальные программы освоения космоса) такие двигатели могут быть произведены за короткое время и будут иметь разумную стоимость. В случае использования ТЯРД для разгона космических аппаратов в космосе, и при условии дополнительного использования пертурбационных манёврах с использованием поля тяготения крупных планет (Юпитер,Уран,Сатурн,Нептун) достижимые границы изучения Солнечной системы существенно расширяются, а время потребное для достижения дальних планет значительно сокращается. Кроме того ТЯРД могут быть успешно применены для аппаратов работающих на низких орбитах планет-гигантов с использованием их разряжённой атмосферы в качестве рабочего тела, или для работы в их атмосфере. /8/ 16.Недостатки Основным недостатком ТЯРД является наличие мощного потока проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны), а также вынос высокорадиоактивных соединений урана, тугоплавких соединений с наведённой радиацией, и радиоактивных газов с рабочим телом. В этой связи ТЯРД неприемлем для наземных пусков во избежание ухудшения экологической обстановки на месте пуска и в атмосфере. /14/ 17.Улучшение характеристик ТЯРД. Гибридные ТЯРД Как и у всякого ракетного или вообще любого двигателя, у твёрдофазного ядерного реактивного двигателя имеются существенные ограничения достижимых важнейших характеристик. Эти ограничения представляют собой невозможность устройству (ТЯРД) работать в области температур превышающих диапазон предельных рабочих температур конструкционных материалов двигателя. Для расширения возможностей и значительного увеличения главных рабочих параметров ТЯРД могут быть применены различные гибридные схемы в которых ТЯРД играет роль источника тепла и энергии и используются дополнительные физические способы ускорения рабочих тел. Наиболее надёжной, практически осуществимой, и имеющей высокие характеристики по удельному импульсу и тяге является гибридная схема с дополнительным МГД-контуром (магнитогидродинамическим контуром) разгона ионизированного рабочего тела (водород и специальные присадки). /13/ 18.Радиационная опасность от ЯРД. Работающий ЯРД является мощным источником радиации — гамма- и нейтронного излучения. Без принятия специальных мер, радиация может вызвать в космическом аппарате недопустимый нагрев рабочего тела и конструкции, охрупчивание металлических конструкционных материалов, разрушение пластмассовых и старение резиновых деталей, нарушение изоляции электрических кабелей, вывод из строя электронной аппаратуры. Радиация может вызвать наведенную (искусственную) радиоактивность материалов — активизацию их. В настоящее время проблема радиационной защиты космических аппаратов с ЯРД считается в принципе решенной. Решены также и принципиальные вопросы, связанные с обслуживанием ЯРД на испытательных стендах и пусковых площадках. Хотя работающий ЯРД представляет опасность для обслуживающего персонала» уже через сутки после окончания работы ЯРД можно без всяких средств индивидуальной защиты находиться в течение нескольких десятков минут на расстоянии 50 м от ЯРД и даже подходить к нему. Простейшие средства защиты позволяют обслуживающему персоналу входить в рабочую зону ЯРД уже вскоре после испытаний. Уровень заражения пусковых комплексов и окружающей среды, по-видимому, не будет препятствием использованию ЯРД на нижних ступенях космических ракет. Проблема радиационной опасности для окружающей среды и обслуживающего персонала в значительной степени смягчается тем обстоятельством, что водород, используемый в качестве рабочего тела, практически не активируется при прохождении через реактор. Поэтому реактивная струя ЯРД не более опасна, чем струя ЖРД./4/ Заключение При рассмотрении перспектив развития и использования ЯРД в космонавтике следует исходить из достигнутых и ожидаемых характеристик различных типов ЯРД, из того, что может дать космонавтике их, применение и, наконец, из наличия тесной связи проблемы ЯРД с проблемой энергообеспечения в космосе и с вопросами развития энергетики вообще. Как уже говорилось выше, из всех возможных типов ЯРД наиболее разработаны тепловой радиоизотопный двигатель и двигатель с твердофазным реактором деления. Но если характеристики радиоизотопных ЯРД не позволяют надеяться на их широкое применение в космонавтике (по крайней мере в ближайшем будущем), то создание твердофазных ЯРД открывает перед космонавтикой большие перспективы. Предложен, например, аппарат с начальной массой 40000 т (т. е. примерно в 10 раз большей, чем у самых крупных современных ракет-носителей), причем 1/10 этой массы приходится на полезный груз, а 2/3 — на 300 000 ядерных зарядов. Если каждые 3 с взрывать по одному заряду, то их запаса хватит на 10 дней непрерывной работы ЯРД. За это время аппарат разгонится до скорости 10000 км/с и в дальнейшем, через 130 лет, может достигнуть звезды Альфа Центавра. Ядерные энергоустановки обладают уникальными характеристиками, к которым относятся практически неограниченная энергоемкость, независимость функционирования от окружающей среды, неподверженность внешним воздействиям (космической радиации, метеоритному повреждению, высоким и низким температурам и т. д.). Однако максимальная мощность ядерных радиоизотопных установок ограничена величиной порядка нескольких сот ватт. Это ограничение не существует для ядерных реакторных энергоустановок, что и предопределяет выгодность их использования при продолжительных полетах тяжелых космических аппаратов в околоземном пространстве, при полетах к дальним планетам Солнечной системы и в других случаях. Преимущества твердофазных и других ЯРД с реакторами деления наиболее полно раскрываются при исследовании таких сложных космических программ, как пилотируемые полеты к планетам Солнечной системы (например, при экспедиции на Марс). В том случае увеличение удельного импульса РД позволяет решать качественно новые задачи. Все эти проблемы значительно облегчаются при использовании твердофазного ЯРД с удельным импульсом вдвое большим, чем у современных ЖРД. В этом случае становится также возможным заметно сократить сроки полетов. Вероятнее всего, что уже в ближайшем будущем твердофазные ЯРД станут одними из самых распространенный РД. Твердофазный ЯРД можно будет использовать как аппараты для дальних полетов, например, на такие планеты как Нептун, Плутон и даже вылетать за пределы Солнечной Системы. Однако для полетов к звездам ЯРД, основанный на принципах деления не пригоден. В этом случае перспективными являются ЯРД или точнее термоядерные реактивные двигатели (ТРД), работающие на принципе реакций синтеза и фотонные реактивные двигатели (ФРД), источникам импульса в которых является реакция аннигиляции вещества и антивещества. Впрочем, скорее всего человечество для путешествия в межзвездном пространстве будет использовать иной, отличный от реактивного, способ передвижения. В заключение приведу перефразировку известной фразы Эйнштейна — для путешествия к звездам человечество должно придумать нечто такое, которое было бы сравнимо по сложности и восприятию с ядерным реактором для неандертальца! ЛИТЕРАТУРА Источники: 1. Б. Е. Черток «Ракеты и люди. Книга 4 Лунная гонка»-М: Знание, 1999. 2. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 3. Первушин «Битва за звёзды. Космическое противостояние»-М: знание,1998. 4. Л. Гильберг «Покорение неба»- М: Знание, 1994. 5. http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/molodtsov 6. «Двигатель», » Ядерные двигатели для космических аппаратов», №5 1999 г. 7. «Двигатель», «Газофазные ядерные двигатели для космических аппаратов», № 6, 1999 г 7. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/263/03.shtml 8. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 9. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/219/37.shtml 10.Гришин С. Д., Чекалин С. В. Космический транспорт будущего. —М.: Знание, 1983. 11. Гришин С. Д., Чекалин С. В. Проблемы освоения космоса.— М.: Знание, 1988. 12.Губанов Б. «Энергия — Буран» — шаг в будущее // Наука и жизнь.— 1989.—№ 4. 13.Гэтланд К. Космическая техника.— М.: Мир, 1986. 14.Полетаев Д. Ю., Сергеюк А. П. Космос и коммерция.— М.: АПН, 1989. 15 .СССР в космосе. 2005 год.—М.: АПН, 1989. 16.Чекалин С. В. На пути в дальний космос // Энергия. — 1985. — № 6. ПРИЛОЖЕНИЕ Основные характеристики твёрдофазных ядерных реактивных двигателей Страна-изготовитель Двигатель Тяга (Thrust) в вакууме, кН Удельный импульс, сек Работа проекта, год США NPS-2 США Nerva 12 GW 1959 США RN-6 СССР RD-0410 35. 300 910 1965-94 СССР RD-410 68.000 1960 США Nerva Alpha 71.700 860 1972 СССР YaERD-2200 81.000 1962-69 США Nerva Gamma 81.000 975 1972 СССР YaRD Type A 177.000 900 1963 СССР YaRD Type AF 196.000 950 1963 США Nerva 266. 000 800 1968 США Nerva NTR 333.400 925 1991 СССР RO-31 392.000 1967 СССР YaRD Type V-B 392.000 900 1963 СССР YaRD Type V 392.000 900 1963 СССР RD-0411 392.000 900 1965-94 США Timberwind 45 441.300 1000 1992 США Timberwind 75 735. 500 1000 1992 США Nerva 2 867.400 825 1950-74 СССР RD-600 1 960.000 2000 1962-70 США Timberwind 250 2 451.600 1000 1992 США Nuclear 12 Gw 2 892.000 830 1960 США Nuclear 14 Gw 3 334.000 830 1960 США NERVA 1mlbf 8 963. 000 850 1963 США NERVA/Lox Mixed Cycle 24 126.000 810 1963

Ядерный ракетный двигатель

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твердофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков М. В. Келдыша, И. В. Курчатова и С. П. Королёва. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году.

Твердофазный ядерный ракетный двигатель

В твердофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850—900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазные и коллоидные ядерный ракетный двигатель

Работы по жидкофазным и коллоидным ЯРД не получили большого развития, так как эти ЯРД по своей эффективности сравнительно мало превосходят твердофазные, а по технической сложности сравнимы с газофазными (проблемы организации запуска, регулирования и выключения для жидкофазных и коллоидных ЯРД являются столь же сложными).

—

.

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30—50 тыс. м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с. Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30—40 км от поверхности Земли; затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2000 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ» (KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе.

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю.

Ядерная электродвигательная установка

Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем. По словам директора и генерального конструктора ОАО «НИКИЭТ» Юрия Драгунова, чьё предприятие конструирует реакторную установку, согласно плану ЯЭДУ должна быть готова в 2018 году. На начало 2016 года завершено эскизное проектирование, проектная документация, завершены испытания системы управления реактором, проведены испытания ТВЭЛ, корпуса реактора, полномасштабных макетов радиационной защиты реакторной установки.

Перспективы

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.

• Христовский, Александр Эдмундович
• Перницы
• Вэгван
• Что новенького, Скуби-Ду?
• Carbonized
• Кэмерон, Эрл
• RAW (файловая система)
• Капелла Карла Великого
• Шеппинг, Дмитрий Оттович
• Лобус, Георгий Константинович

Не вместо, а кроме!

ПАТЕНТЫ / #6_2019

Когда-то каждый ядерный реактор был штучным изделием — нельзя было точно назвать ни сроки его строительства, ни стоимость. Главный вопрос, который все задавали: «А он точно будет работать?» Все изменилось: для будущих АЭС создаются цифровые двойники, уровень безопасности ядерной энергетики вырос в разы. Разработчики и инвесторы стали смелее: они ищут новые способы увеличить экономическую эффективность производства, ускорить и стандартизировать его, научить реакторы нарабатывать изотопы. Снижение затрат и диверсификация — новые двигатели прогресса.

Перчаточные окна

Название: перчаточное окно и способ замены составных частей (WO2019079099).

Авторы: Джозеф Копли, Исаак Гесен (США).

Патентообладатель: Delaware Capital Formation (США).

Сфера применения: защита персонала от агрессивных сред.

Краткое описание: Для выполнения некоторых операций требуется изолировать рабочее место от окружающей среды — либо для того, чтобы избежать загрязнения, либо для того, чтобы поддерживать абсолютную чистоту. В таких случаях производство размещается внутри гермолинии. Для работы в ней персонал использует перчаточные окна. Замена перчатки требует остановки всей линии и приводит к простою ­высококвалифицированных работников.

Авторы изобретения стремились сделать этот процесс более быстрым, чистым, безопасным и дешевым. Он также должен быть достаточно прост и доступен для выполнения одним человеком.

Атомолет

Название: ядерный турбореактивный двигатель (RU2686815).

Автор и патентообладатель: Андрей Бельский (Россия).

Сфера применения: ядерные двигатели.

Краткое описание: За основу взят классический реактивный двигатель. Существенным отличием от прецедента стало использование реактора для нагрева рабочего тела. Автор ссылается на известные аналоги и пытается исправить имеющиеся в них недостатки. Он предлагает способ поднятия температуры рабочего тела перед турбиной до показателей, близких современным двигателям на жидком топливе.

В качестве предпочтительного варианта теплоносителя называется натрий-калиевый сплав с температурой плавления 19 °C. Предусмотрена возможность работы в режиме форсажа на жидком топливе. Двигатель может быть установлен на беспилотные летательные аппараты, которым необходимо долго находиться в воздухе. По мнению изобретателя, конструкция обладает повышенными безопасностью и удельной тягой по сравнению с обычными турбореактивными двигателями.

Реакторы на конвейере

Название: ядерный микрореактор пластинного типа (WO2019067819).

Авторы: Ясир Арафат, Джури Ван Вик (США).

Патентообладатель: Westinghouse Electric Company (США).

Сфера применения: перспективные ядерные реакторы.

Краткое описание: Авторы сконцентрировались на повышении технологичности изготовления реактора: его составные части могут быть произведены на заводе в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Это стало возможным благодаря простому «пластинному» дизайну, диффузионной сварке и компьютерным технологиям изготовления. Финальная сборка блока проходит с ограниченным числом ручных операций или даже совсем без них. Затем реактор доставляется на место установки.

Ожидается, что внедрение разработки сократит время изготовления реактора до нескольких дней. Атомная станция может быть в сжатые сроки собрана из модулей до 30 МВт электрической мощности. Изобретение должно снизить риски увеличения сроков строительства и стоимости, которые сейчас считаются слишком высокими.

Топливо с изюминками

Название: керамическое ядерное топливо, диспергированное в матрице из металлического сплава (RU2684645).

Автор: Леон Уолтерс (США).

Патентообладатель: Advanced Reactor Concepts (США).

Сфера применения: топливо для ядерных реакторов.

Краткое описание: Изобретение позволяет решить проблему отработавшего ядерного топлива и выделить 239Рu. Сырьевые материалы расплавляют в индукционной печи, после чего добавляют керамические частицы, включающие композицию, содержащую приблизительно 90% оксида урана, 6% продуктов деления и 1,5% трансурановых элементов.

В одном из вариантов реализации они могут быть получены путем дробления отработавшего топлива легководных реакторов, а также содержать оксиды тория или америция. Технология изготовления предотвращает слипание включений внутри металлической основы.

Золото XXI века

Название: высоконадежное долговременное хранилище биологического материала (WO2019077048).

Авторы: Морис Чапелье, Фабрис Кретьен, Фабрис Пикмаль, Пьер Рошето, Гийом Варо, Мишель Зампаоло (Франция).

Патентообладатель: Centre National De La Recherche Scientifique (Франция).

Сфера применения: защита от ионизирующего излучения.

Краткое описание: Авторов заинтересовала статистика клинических испытаний методов лечения с применением стволовых клеток, приведенная на сайте clinicaltrial. gov. Разработка новых многообещающих технологий потребует большого объема контейнеров для хранения тканей, органов, стволовых клеток, ДНК и РНК в течение 30−80 лет.

В описании изобретения раскрываются различные варианты защиты ценного биологического материала от космических лучей и случайных нейтронов. Отдельно отмечена необходимость использования так называемых низкорадиоактивных материалов, активность которых 10 Бк/кг или ниже.

Счетчик тепла

Название: аппарат и метод калориметрической проверки (WO2019083701).

Авторы: Джозеф Мюррей, Джули Моррис, Тушар Тэнк, Мелисса Хилл (США).

Патентообладатели: Джозеф Мюррей (США), IH IP Holdings (Великобритания).

Сфера применения: измерительные ­устройства.

Краткое описание: Для химических реакций типичный диапазон энерговыделения примерно равен энергии химических связей — это десятки-сотни килоджоулей на моль. В результате термоядерной реакции может выделиться несколько тысяч кДж/моль. Точность существующих калориметров недостаточна для измерения количества тепла, выделяющегося в результате реакций ядерного распада. Авторы предложили конструкцию аппарата, с помощью которого можно определять тип ядерных реакций, опираясь на результаты измерения энерговыделения.

Теперь с изотопами!

Название: метод и аппарат для размещения и сбора радиоизотопов при их массовом производстве (WO2019083634).

Авторы: Майкл Хейбел, Люк Черняк, Мелисса Хэги, Хорхе Карвахаль, Мэтью Макардл, Джеффри Тэйлор, Джеймс Янкел (США).

Патентообладатель: Westinghouse Electric Company (США).

Сфера применения: промышленное производство изотопов.

Краткое описание: Существующие реакторы-наработчики вырабатывают свой ресурс и нуждаются в замене. В то же время коммерческие реакторы производят избыточное число нейтронов, значительная часть которых не принимает участия в ядерных реакциях и производстве тепла.

Авторы патента описывают устройство, которое может использовать каналы для измерения нейтронного потока, не мешая проведению измерений. Влияние на экономическую эффективность производства электроэнергии при этом минимально.

Снабженная собственным приводом, конструкция предоставляет возможность удаленного разъединения кабеля доставки в активную зону и мишени.

Здоровье металла

Название: бесконтактная система контроля вибрации труб малого диаметра АЭС, позволяющая корректировать вибрацию (WO2019103276).

Авторы: Чосун Янг, Хасён Ву, Чжэ Мин Ли, Сон Ги-О, Хонг Янг О, Сон Цзинь Кук, Ли Енгу (Южная Корея).

Патентообладатель: KLES Inc (Южная Корея).

Сфера применения: методы неразрушающего контроля.

Краткое описание: Сварные швы труб малого диаметра часто ломаются или протекают из-за усталостного разрушения. Это приводит к частым остановкам производства электроэнергии и несчастным случаям. Точность контактных методик может снижаться в результате накопления усталости металла. В некоторых случаях проведение измерений может быть затруднено из-за опасности облучения персонала.

Авторы предложили использовать лазерный доплеровский измеритель, что позволит избавиться от перечисленных недостатков. Изобретатели стремились исключить влияние вибрации датчика на получаемые результаты. Они установили контактный датчик. Сравнение показаний интерферометра и датчика его собственных вибраций позволяет сделать вывод о безопасности дальнейшей работы.

Чистота в каждой капле

Название: установка для очистки воды от пестицидов, фармацевтически активных соединений и патогенов на основе импульсной энергетической технологии (WO2019092747).

Авторы: Лиги Филипп, Сарати Рамануджам, Радж Камаль Сингх (Индия).

Патентообладатель: Indian Institute of Technology Madras (Индия).

Сфера применения: промышленная очистка воды.

Краткое описание: Изобретателей обеспокоила растущая потребность человечества в чистой воде. Предложенная ими установка подвергает протекающую в ней воду воздействию электрических разрядов. Нежелательные примеси разрушаются под действием возникающей плазмы. Образующийся азот нейтрализуется кислородом. Остатки перекиси водорода устраняются катализатором из оксида марганца. В результате получается чистая вода, удовлетворяющая требованиям пищевых стандартов. Источником электроэнергии для установки мог бы стать ядерный реактор.

Ультразвуковой портрет

Название: электронное устройство, метод и компьютерная программа для моделирования ультразвукового отклика металлической детали (WO2019092285).

Авторы: Флориан Лённет, Мари-Франсуаза Кугне, Дидье Кассеро (Франция).

Патентообладатель: Framatome (Франция).

Сфера применения: методы неразрушающего контроля.

Краткое описание: Это изобретение может использоваться для поиска дефектов в твэлах, причем как в стенке, так и в топливном сердечнике. Известные методы ультразвуковой дефектоскопии дают недостаточно информации, в результате может быть забракована качественная деталь. Различные подходы к получению количественных оценок отклонений требуют слишком много времени для моделирования. Авторы разработали способ быстрого получения нужной информации: они сравнивают отклик детали с откликом исправного образца. Результаты позволяют сделать выводы о наличии и характере дефектов.

Генеральная уборка

Название: приспособление и способ для очистки внутренней зоны теплообменника (RU2692748).

Авторы: Йоханнес Штосс, Цафер Алац, Томаш Каэтану (Германия).

Патентообладатель: Framatome (Германия).

Сфера применения: обслуживание ядерных реакторов.

Краткое описание: Обычно очистка теплообменников и парогенераторов атомной электростанции производится химическим или механическим способом с применением водяных струй низкого давления. Изобретатели предложили использовать струи высокого давления. Предусмотрены возможности изменять направление струи, контролировать качество очистки с помощью камеры, откачивать образующуюся суспензию. Целенаправленная подача водяных струй высокого давления в промежуточные зоны и межтрубные проходы позволяет добиться особенно эффективной очистки теплообменника, так как именно в этих зонах наблюдается повышенное скопление отложений. Система управляется полностью дистанционно.

Антихрупкость

Название: устройство и метод для определения степени радиационного охрупчивания корпуса реактора под давлением (WO2019104510).

Авторы: Гоган Шу, Чэнлян Ли, Вэй Сюй, Цзюнь Чэнь, Юаньганг Дуань, Вэй Лю, Сяосюнь Дэн, Сяобин Ран, Фейхуа Лю (Китай).

Патентообладатели: China Nuclear Power Engineering Company, Сhina Guangdong Nuclear Power Holding Corporation (Китай).

Сфера применения: методы неразрушающего контроля.

Краткое описание: Конструкционные элементы реактора длительное время работают в условиях высоких температур и давления. Основной разрушающий фактор — воздействие высоких потоков нейтронов. Авторы изобретения предложили прибор, оценивающий степень радиационного охрупчивания в зависимости от электрического сопротивления металла. Первое измерение выполняется сразу после подачи давления в корпус реактора, после чего изменения анализируются в вычислительном блоке устройства.

Метод безопасен, экономически эффективен и позволяет отслеживать изменения в реальном времени.

Взрывной рост

Название: кольцевое металлическое топливо и методы его изготовления (WO2019126790).

Авторы: Чжун Хён Чой, Мика Хакетт, Павел Хейзлар, Райан Латта, Джеймс Фолльмер (США).

Патентообладатель: Terrapower (США).

Сфера применения: топливо для ядерных реакторов.

Краткое описание: Внешняя и внутренняя поверхности полого цилиндра из урана, плутония или их сплава покрываются оболочками. Внутри получившегося топливного стержня течет теплоноситель. Авторы рассчитывают, что изобретение найдет применение в реакторах с бегущей волной и/или быстрых реакторах других типов. Оно также может быть использовано в реакторах с водой под давлением, чтобы повысить их эксплуатационные характеристики. Ожидаемый прирост мощности может достигнуть 50% по сравнению с мощностью, вырабатываемой реакторами на обычным топливе из оксида урана в таком же объеме активной зоны.

Кремниевый ревизор

Название: плавающий робот для инспекции отработавшего топлива и метод его использования (WO2019117497).

Авторы: Чон Вон Пак, Янг Су Чой (Южная Корея).

Патентообладатель: Korea Atomic Energy Research Institute (Южная Корея).

Сфера применения: обращение с отработавшим ядерным топливом.

Краткое описание: Описываемое устройство может передвигаться по поверхности бассейна выдержки, делать снимки, определять положение топлива по получаемым изображениям. Движение робота направляется навигационной системой.

Внедрение разработки поможет снизить дозовую нагрузку на персонал, повысить качество контроля топливных сборок и стенок хранилища. Его использование исключит риск случайного падения оборудования в бассейн.

Длинная рука

Название: инструмент для обращения с объектами в глубине и их извлечения (WO2019063854).

Авторы: Иисус Лакаль Байо, Хосе Мелара Сан Роман, Хосе Игнасио Роселле Гарсиа, Адольфо Фернандес Лопес, Ксавье Альберто Каррилло Де Хиес (Испания).

Патентообладатель: GDES Technology for Services (Испания).

Сфера применения: эксплуатация атомных станций.

Краткое описание: Время от времени возникают ситуации, когда какой-либо предмет падает в бассейн выдержки или попадает в иное место, где доступ к нему затруднен. В отдельных случаях он может оказаться вне зоны прямой видимости. В таких случаях известные инструменты с ручным механическим приводом могут оказаться недостаточно удобными или даже бесполезными. Описываемое устройство представляет собой опорный шест, который может состоять из нескольких частей; на его конце установлена моторизированная головка. Видеокамера и фонарь помогают работать с объектами в условиях скудного освещения и затрудненного обзора.

Эхолокация

Название: метод измерения деформации топлива, использующий ультразвук (WO2019069122).

Автор: Павел Неруд (Чешская Республика).

Патентообладатель: Centrum vyzkumu REZ (Чешская Республика).

Сфера применения: методы неразрушающего контроля.

Краткое описание: Технология контактного измерения считается недостаточно безопасной из-за риска застревания зонда между твэлами. Использование матрицы ультразвуковых датчиков может увеличить вероятность падения одного их них в пространство между топливными стержнями. Оптические методы требовательны к чистоте объектива и освещению. Изобретатель предложил другой вариант использования ультразвуковых излучателей: излучательная головка движется параллельно топливному стержню. Регистрация отраженных колебаний позволяет получить данные о расстоянии и найти место распухания. Местоположение дистанцирующих решеток определяется по количеству отраженной энергии. В одном из вариантов реализации излучатель может быть отделен от регистратора. Измерения можно проводить в процессе извлечения сборки, что существенно экономит время.

Материал подготовил Юрий Сидоров

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #6_2019

НОВОСТИ

Новости: октябрь 2019

НИИАР завершил послереакторные исследования твэлов с нитридным топливом для проекта «Прорыв»; CEA подтвердил закрытие проекта реактора ASTRID; Индия активно развивает проекты плавучих солнечных электростанций.

ТРЕНДЫ

Потребители требуют энергетическую автономию

Рассматриваем подробно шесть тенденций в американской электроэнергетике, которые выделила компания Exelon в своем отчете об устойчивом развитии за 2018 год.

ТОЧКА ЗРЕНИЯ

WNA: сдержанный оптимизм

Управляющий партнер Transitional Markets Consultancy LLP Вадим Малкин — о ключевых трендах, звучавших на симпозиуме Всемирной ядерной ассоциации.

ТЕМА НОМЕРА

Атомботы

Роботы в атомной отрасли: революция и застой «в одном флаконе». Разбираемся в специфике и анализируем движущие силы развития этого направления.

НОРМЫ И ПРАВИЛА

Баланс между консерватизмом и инновациями

Рассматриваем тренды развития международной стандартизации и сертификации в области АСУ ТП объектов использования атомной энергии.

ВЗГЛЯД

Эффективность в цифрах

Эксперт Сергей Ревякин — о разных видах исследований, типичных проблемах и оценке экономической эффективности при их проведении.

ОБЗОР

Уран в предрассветных сумерках

Реальные сценарии или туманные прогнозы? Подробно рассматриваем ситуацию на рынке добывающих проектов, прогнозы роста спроса на уран и пример активизации уранового бизнеса.

В МИРЕ

Североамериканская победа Южной Кореи

Подробно рассказываем о южнокорейском проекте APR-1400, сертифицированном Американским ядерным регулятором, и выясняем, как он поменяет расстановку сил на мировом рынке.

ЛЕКТОРИЙ

Неуловимые нейтрино

Какими бывают нейтрино и почему ученым необходимо доказать существование самых неуловимых — стерильных нейтрино? Об этом в доступной форме рассказал главный научный сотрудник Института ядерных исследований Российской академии наук Дмитрий Горбунов.

ВНЕКЛАССНОЕ ЧТЕНИЕ

Жизнь без АЭС

Чистые, спальные, пенсионные. Рассказываем, чем живут города-спутники советских атомных «недостроев».

Путин говорил о ракете с ядерным двигателем. Может ли она летать?

• Павел Аксенов
• Русская служба Би-би-си

23 мая 2018

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, kremlin.ru

Подпись к фото,

Во время доклада Путина был показан пуск ракеты, которая, по его словам, оснащена ядерным двигателем

В России действительно существует проект ракеты с ядерным двигателем, сообщил американский телеканал Си-эн-би-си со ссылкой на свои источники.

Источники телеканала, по словам журналистов, изучили доклад американской разведки о российской программе вооружений. Согласно этим источникам, российские ракеты пока неспособны пролететь дальше 35 километров за две минуты — по данным телеканала, это был самый лучший результат в серии из четырех испытаний. Самый короткий полет якобы длился всего четыре секунды, за которые ракета пролетела восемь километров.

Си-эн-би-си утверждает, что всего было проведено четыре испытательных пуска с ноября 2017 по февраль 2018 года.

• О каком «фантастическом» оружии рассказал Путин?
• «Нас никто не слушал. Послушайте сейчас»: Путин показал новое ядерное оружие

О существовании такого проекта рассказал президент России Владимир Путин. Оглашая 1 марта свое послание Федеральному собранию, президент неожиданно много внимания и времени уделил новейшим российским вооружениям.

Автор фото, Mikhail Metzel/TASS

Подпись к фото,

Значительную часть выступления Путин говорил об оружии

Всего Путин рассказал о пяти новых видах вооружений, и ракета с ядерным двигателем показалась самым невероятным оружием из всех. Его существование вызвало сомнения у многих экспертов — задача по разработке такой технологии представлялась слишком сложной и дорогостоящей.

Так, специалист в области ракетных исследований из Технического университета Мюнхена Роберт Шмукер в интервью Эй-би-си сказал, что создание подобных крылатых ракет технически сложно и по сути бесполезно. «Зачем создавать что-нибудь сложное, когда можно пойти по более простому пути?» — удивляется он.

Новая ракета

Теперь Си-эн-би-си со ссылкой на свои источники подтверждает, что такие работы в России ведутся, и более того — проводятся уже летные испытания. По информации источников телекомпании, во время тестов у ракет явно не включались ядерные двигатели — ракета просто не разгонялась до скорости, на которой происходит их включение.

Кроме того, в докладах отсутствует упоминание о том, что установка может представлять опасность для людей или окружающей среды, то есть о наличии на ее борту радиоактивных материалов.

О том, как устроена ракета с ядерной установкой, можно судить только со слов Путина.

«Одно из них [достижений российских ученых] — создание малогабаритной сверхмощной ядерной энергетической установки, которая размещается в корпусе крылатой ракеты типа нашей новейшей ракеты Х-101 воздушного базирования или американского «Томагавка», но при этом обеспечивает в десятки раз — в десятки раз! — большую дальность полета, которая является практически неограниченной» — так описал Путин ядерную ракету.

Запуск на скорости

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Над созданием таких ядерных установок в СССР и США работали еще с 50-х годов прошлого века.

Принцип действия ядерных двигателей ракет объяснить довольно просто — они похожи на прямоточные реактивные двигатели. Внутрь двигателя такого типа на очень большой скорости поступает воздух, он сжимается за счет конструкции внутреннего воздушного канала, затем попадает в камеру сгорания, где воспламеняется при помощи впрыскивания топлива. Далее воздушно-топливная смесь, сгорая, устремляется на огромной скорости наружу через сопло и разгоняет аппарат еще сильнее.

В ядерной установке отличие заключается в том, что впрыск топлива и его воспламенение заменяется на нагрев воздуха в реакторе. Именно по этому принципу действовала ракета, которую в США создавали в рамках проекта SLAM (Supersonic Low-Altitude Missile — сверхзвуковая низковысотная ракета).

В Британии фирма Avro также проектировала аналогичную ракету, однако британцы остановились, не дойдя до испытаний ядерного двигателя. В США проект свернули, уже проверив работу прототипа двигателя на земле.

В СССР также работали над реактивными двигателями, был создан и испытан ядерный РД-0410 (это был не прямоточный двигатель, в нем рабочим телом был водород, поступавший из бака и разгонявшийся в реакторе).

В любом случае для крылатой ракеты, о которой говорил Путин, нужен прямоточный двигатель с ядерной установкой. Как и любой прямоточный двигатель, он может запуститься на скорости, превышающей звуковую, то есть его необходимо сначала разогнать.

Достоверность

По версии телеканала Си-эн-би-си, в ходе испытаний в России ракеты не разгонялись до скорости, на которой включался бы ядерный двигатель. По словам Путина, ракета до такой скорости разогналась, а двигатель включился.

В случае, если это так и если, как заявил Путин, ракета действительно совершила полет с работающим ядерным двигателем на Центральном полигоне Российской Федерации на архипелаге Новая Земля, то она должна была оставить за собой сильный радиоактивный след — воздух, проходя через реактор, становился бы радиоактивным.

Кроме того, на месте падения ракеты также образовался бы очаг радиоактивного заражения. Однако можно ли, находясь вне российского воздушного пространства, заметить радиационное загрязнение, неизвестно.

Проверить достоверность сведений, которые распространяет Си-эн-би-си, очень сложно. В открытых источниках нет никакой информации о возможностях современной разведки. «Что отслеживает современная разведка, что нет, и где, и когда, — это, как говорят в Англии, ground rules (основное правило) — вам этого в точности никто не скажет», — сказал военный эксперт Павел Фельгенгауэр.

Эксперт считает, что с чисто технической точки зрения создание миниреактора с дистанционно или автоматически управляемой цепной реакцией, который поместился бы в корпус крылатой ракеты (по словам Путина — Х-101), было бы уже само по себе большим техническим достижением. Однако никаких доказательств этого нет.

Другой военный эксперт — старший научный сотрудник Центра комплексных европейских и международных исследований ВШЭ Василий Кашин — считает, что заявление российского президента формально имеет больший вес, чем «анонимный слив» из специальных служб.

Он также обратил внимание на отсутствие открытых докладов западных спецслужб, которые могли бы пролить свет на эти испытания.

Нужна ли такая ракета?

Ядерный реактивный двигатель обладает одним преимуществом перед любым другим — он способен долго работать на небольшом количестве топлива.

В случае с крылатой ракетой это означает, что она не будет ограничена в дальности действия, а также ее можно будет запускать заранее, чтобы она барражировала в ожидании команды для нанесения удара. При этом прямоточный двигатель позволил бы такой ракете достичь гиперзвуковой скорости.

При нанесении удара ракета, двигаясь на небольшой высоте (в докладе Путина была показана соответствующая анимация), прорывала бы систему ПРО, нанося дополнительный ущерб противнику воздушным ударом, возникающим на сверхзвуковой скорости, а также радиоактивным загрязнением.

Однако, несмотря на столь впечатляющие достоинства, американский проект создания ядерного прямоточного реактивного двигателя и ракеты с ним в конце концов был свернут — в 1960-х годах были созданы межконтинентальные баллистические ракеты. Они были проще, дешевле и эффективней с точки зрения ядерного сдерживания. Именно они поддерживают его до сих пор.

Похожая судьба ждала и проект «Быстрого глобального удара», который был практически свернут из-за недофинансирования.

Во времена Холодной войны СССР и США тратили огромные средства на разработку вооружений, которые потом замораживались на разных стадиях. Иногда проекты сворачивались после серии неудачных испытаний, иногда, когда была политическая воля, их продолжали доводить, несмотря на неудачи.

«Советский Союз, как и Америка и другие, потратили гигантские суммы на создание бессмысленного оружия во время Холодной войны. Сейчас по новой», — сказал Павел Фельгенгауэр.

• Стоит ли России бояться «мгновенного глобального удара» США?
• Стратегическая «Серебряная пуля» — спасение или гибель?

Военные эксперты считают, что появление подобного боеприпаса вряд ли изменит баланс ядерного сдерживания.

«Получится еще одно оружие возмездия, которое в случае необходимости сможет быть сложным маршрутом запущено в направлении вероятного противника, даже если все остальные системы ядерные будут поражены. Сложно представить себе такую ситуацию, потому что, как и представленный ядерный беспилотник, она будет очень долго идти к цели, но, тем не менее, раз принято решение о разработке таких небаллистических систем, они будут созданы», — считает Кашин.

По словам Фельгенгауэра, подобные системы не имеют никаких преимуществ перед баллистическими ракетами, но с учетом разработки стоят гораздо дороже.

Кроме того, по его словам, это оружие было создано для того, чтобы его можно было предъявить как внешнеполитический аргумент, чтобы добиться каких-либо политических уступок (представляя это и другие вооружения, Путин произнес, обращаясь к западным странам: «Нас никто не слушал. Послушайте сейчас»).

С этой точки зрения для обеспечения сдерживания не так уж и важно, летает эта ракета или нет, считает эксперт.

Ядерный ракетный двигатель

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твердофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма).

В СССР развёрнутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано в 1958 году. Этим документом руководство работами в целом было возложено на академиков М. В. Келдыша, И. В. Курчатова и С. П. Королёва. К работам были подключены десятки исследовательских, проектных, конструкторских, строительных и монтажных организаций. ЯРД активно разрабатывались КБХА в Воронеже и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (см. NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в 2018 году.

Твердофазный ядерный ракетный двигатель

В твердофазных ЯРД (ТфЯРД) делящееся вещество, как и в обычных ядерных реакторах, размещено в сборках-стержнях (ТВЭЛах) сложной формы с развитой поверхностью, что позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело (обычно — водород, реже — аммиак), одновременно являющееся теплоносителем, охлаждающим элементы конструкции и сами сборки. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К). Удельный импульс твердофазного ЯРД, по современным оценкам, составит 850—900 с, что более чем вдвое превышает показатели наиболее совершенных химических ракетных двигателей. Наземные демонстраторы технологий ТфЯРД в ХХ веке были созданы и успешно испытаны на стендах (программа NERVA в США, РД-0410 в СССР).

Жидкофазные и коллоидные ядерный ракетный двигатель

Работы по жидкофазным и коллоидным ЯРД не получили большого развития, так как эти ЯРД по своей эффективности сравнительно мало превосходят твердофазные, а по технической сложности сравнимы с газофазными (проблемы организации запуска, регулирования и выключения для жидкофазных и коллоидных ЯРД являются столь же сложными).

—

.

Газофазный ядерный ракетный двигатель

Газофазный ядерный реактивный двигатель (ГЯРД) — концептуальный тип реактивного двигателя, в котором реактивная сила создаётся за счёт выброса теплоносителя (рабочего тела) из ядерного реактора, топливо в котором находится в газообразной форме или в виде плазмы. Считается, что в подобных двигателях удельный импульс составит 30—50 тыс. м/с. Перенос тепла от топлива к теплоносителю достигается в основном за счёт излучения, большей частью в ультрафиолетовой области спектра (при температурах топлива около 25 000 °C).

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием и потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции должен передаваться кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно будет уменьшить. При взлёте корабль должен лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» компанией «Дженерал Атомикс» по заказу ВВС США.

По проекту «Орион» проводились не только расчёты, но и натурные испытания. Лётные испытания моделей летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Были получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем. Также для исследования прочности тяговой плиты проведены испытания на атолле Эниветок. Во время ядерных испытаний на этом атолле покрытые графитом стальные сферы были размещены в 9 м от эпицентра взрыва. Сферы после взрыва найдены неповреждёнными, тонкий слой графита испарился (аблировал) с их поверхностей.

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollo»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчёты постройки на базе этой технологии корабля поколений с массой до 40 млн тонн и экипажем до 20 000 человек. Согласно их расчётам один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с. Однако приоритеты изменились, и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70-х годах. Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30—40 км от поверхности Земли; затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён. Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось.

Другие разработки

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне 25 (рядом со знаменитой Зоной 51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом — полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2000 °C. В январе 1965 года были произведены испытания ядерного ракетного двигателя под кодовым названием «КИВИ» (KIWI).

В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе.

В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю.

Ядерная электродвигательная установка

Ядерная электродвигательная установка (ЯЭДУ) используется для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, используется для работы электрического ракетного двигателя.

Подобная программа в США (проект NERVA) была свёрнута в 1971 году, но в 2020 году американцы вновь вернулись к данной теме, заказав разработку ядерного теплового двигателя (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) компании Gryphon Technologies, для военных космических рейдеров на атомных двигателях для патрулирования окололунного и околоземного пространства, также с 2015 г. идут работы по проекту Kilopower.

С 2010 года в России начались работы над проектом ядерной электродвигательной установки мегаваттного класса для космических транспортных систем (космический буксир «Нуклон»). На 2021 г. ведется отработка макета; к 2025 году планируется создать опытные образцы данной ядерной энергоустановки; заявлена плановая дата лётных испытаний космического тягача с ЯЭДУ — 2030 год.

В 2021 г. Космическое агентство Великобритании заключило соглашение с компанией Rolls-Royce, в рамках которого планируется создать ядерный силовой двигатель для космических аппаратов дальнего действия.

Перспективы

По оценкам А. В. Багрова, М. А. Смирнова и С. А. Смирнова, ядерный ракетный двигатель может добраться до Плутона за 2 месяца и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года.

Шаг слишком далеко – от воздушных шаров к дронам

Доктор Питер Лейтон[1]

У птиц и самолетов есть фундаментальная проблема: их радиус действия и выносливость ограничены. Чтобы оставаться в воздухе, требуется затрата энергии. В конце концов, птицы должны приземлиться и отдохнуть, а самолеты — заправиться. Изобретение ядерной энергии в 1940-х годах, казалось, предложило способ разрубить этот гордиев узел. Казалось, что самолет с ядерным двигателем может обеспечить значительно большую дальность полета и выносливость по сравнению с самолетами, работающими на химическом топливе.

Такие амбиции усилились по мере обострения холодной войны между США и СССР. Холодная война высвободила огромные средства для военных целей, но в то же время обеспечила оперативное обоснование: потребность в бомбардировщиках очень большой дальности, способных поражать военно-промышленные комплексы в глубине Советского Союза. Щедрое финансирование, доступное в настоящее время, означало, что можно было рассмотреть, построить, опробовать и, в случае успеха, запустить в массовое производство множество новых высокотехнологичных возможностей. Очевидным кандидатом на исследования и исследования казались самолеты с ядерными двигателями.

Первоначальные идеи об использовании ядерной энергии для двигателей самолетов появились примерно в 1944 году. Они привели к небольшой исследовательской программе «Ядерная энергия для движения самолетов», начавшейся в середине 1946 года. В ходе этого исследования, проведенного Fairchild, были изучены реакторные технологии и системы передачи двигателей. Эти исследования оказались обнадеживающими, и поэтому в 1951 году, с углублением холодной войны, ВВС США (ВВС США) предложили начать активную разработку ядерных двигателей для пилотируемых самолетов. Контракты были заключены на три основных элемента: два прототипа испытательного самолета Х-6, ядерную двигательную установку (реактор и турбореактивные двигатели) и летно-испытательный самолет с реактором НБ-36Н.

Вид с воздуха на экспериментальный самолет Convair NB-36H Peacemaker и самолет-истребитель Boeing B-50 Superfortress во время исследований и разработок, проводимых на заводе Convair в Форт-Уэрте, штат Техас. Этот самолет назывался Nuclear Test Aircraft (NTA) и был переименован в XB-36H, затем в NB-36H. В период с июля 1955 года по март 1957 года NTA совершила 47 испытательных полетов и 215 часов полета (89 из которых работал реактор) над Нью-Мексико и Техасом. (Источник: Викимедиа)

Компания Convair получила контракт на Х-6. Предполагалось, что самолет будет сопоставим по размеру с бомбардировщиком B-36 Peacemaker компании: длина 50 м, размах крыла 70 м и масса пустого около 100 тонн. Планировалось, что на Х-6 будет 12 ТРД; восемь на обычном топливе использовались для взлета и посадки, а четыре на ядерных двигателях использовались во время летных испытаний. Это была амбициозная, но дорогая программа испытаний, которая была отменена новой администрацией Эйзенхауэра в 1953 году по бюджетным соображениям. Однако два других элемента сохранились.[2]

Дженерал Электрик получила контракт на поставку силовых установок для постепенной разработки в течение 1955-1961 годов трех атомных электростанций прямого цикла в рамках программы испытаний наземного реактора с теплопередачей (HTRE). Окончательная силовая установка HTRE-3 включала твердый замедлитель, в котором вместо воды использовался легкий гибридный (sic) цирконий, горизонтальный реактор для соответствия требованиям авиалайнера и производила достаточно тепла для одновременного питания двух турбореактивных двигателей X-39-5 (модифицированный J-47). . У HTRE-3 было несколько новшеств, включая демонстрацию запуска полностью ядерного турбореактивного двигателя, наличие основного экрана, способного выдерживать уровни излучения, ожидаемые в полете, и его конструкция для полетных нагрузок, давления воздуха, температур и перегрузок.

Третьим элементом было летное испытание реактора. В середине 1952 года Convair получила контракт на модификацию двух самолетов B-36: один для наземных испытаний, другой для летных испытаний и получил обозначение NB-36H. Основные модификации включали, во-первых, замену боевого отделения и кабины авионики на 11-тонную носовую часть, облицованную свинцом и резиной для защиты от излучения реактора, и, во-вторых, изменение заднего внутреннего бомбоотсека для установки 16-тонного реактора. . Менее заметными были прозрачные стекла кабины толщиной около 30 см и девять заполненных водой защитных баков в фюзеляже для поглощения любого выходящего излучения.

Тем временем ВВС США ужесточили свои требования. В марте 1955 года было выпущено Общее эксплуатационное требование (GOR) № 81, касающееся системы ядерного оружия WS-125A. Ожидания включали диапазон около 10 000 морских миль, рабочую высоту 60 000–75 000 футов и продолжительность полета, возможно, более недели. WS-125A должен был иметь крейсерскую скорость не менее 0,9 Маха, желательно предлагать сверхзвуковой рывок в районе цели и поступить на вооружение оперативных частей в 1963 году. Реализация таких высоких амбиций оказалась проблематичной.

В июле 1955 года NB-36H начал летные испытания, и в сентябре впервые в полете реактор стал критическим. Реактор не приводил в действие самолет, вместо того, чтобы проверять возможность безопасной и устойчивой ядерной реакции на движущейся платформе. Для каждого полета NB-36 реактор мощностью в один мегаватт лебедкой поднимался в бомбоотсек в специальной яме на заводе Convair в Форт-Уэрте, а затем снова удалялся после приземления. В полете самолет сопровождал радиационный контроль В-50 (немного модернизированный В-29).) и транспортный самолет C-119 с десантниками, которых можно сбросить, чтобы обезопасить любое место крушения и ограничить воздействие радиации на прохожих. Всего NB-36H совершил 47 полетов, прекратив полеты в марте 1957 г.

Результаты испытаний ядерной силовой установки и NB-36H были неоднозначными. HTRE-3 доказал возможность использования турбореактивного двигателя с ядерной мощностью и возможность создания летающей силовой установки, хотя технические проблемы оставались. Основная проблема заключалась в том, что было трудно построить ядерный реактор, достаточно маленький, чтобы поместиться в самолет, но который производил бы требуемую для эксплуатации значительную выходную мощность. Казалось, что использование современных технологий означает, что самолеты с ядерными двигателями будут относительно медленными. Какое-то время исследовались концепции «ядерного полета, химического рывка»; дополнительное авиационное топливо позволит совершить сверхзвуковой рывок в районе цели.]

Кроме того, программа полетов NB-36H выявила опасности, связанные с эксплуатацией таких самолетов с ядерными двигателями. В то время как хорошо защищенный самолет обычно не представляет радиационной опасности для летного или наземного экипажа, были опасения, что аварии и аварии могут привести к выбросу продуктов деления из реакторов, а также по поводу дозы от длительного воздействия на человека радиоактивности утечки. При этом испытательные полеты в основном служили для привлечения внимания к реальным трудностям, которые возникнут при работе с ядерным топливом в условиях эксплуатации[11]. 9Соответственно, 0005

WS-125A был отменен в начале 1957 года. Однако в начале 1960-х время от времени возобновлялся интерес к самолетам с ядерной силовой установкой. Концепция ракетной пусковой установки непрерывного действия (CAMAL) предусматривала создание ударного самолета с ядерной силовой установкой, способного оставаться в воздухе в состоянии боевой готовности в течение 2-5 дней. Это привело к созданию Dromedary, турбовинтового двигателя, способного находиться в воздухе в течение 70-100 часов и способного находиться за пределами вражеской территории и запускать баллистическую ракету Skybolt с радиусом действия 600-1000 морских миль.[12] Эти идеи означали, что исследования ядерных двигателей самолетов продолжались, хотя и довольно бессистемно. Это окончательно закончилось в 1961, когда новая администрация Кеннеди перераспределила финансирование.

ВМС США также время от времени проявляли интерес к турбовинтовым летающим лодкам с ядерной силовой установкой. В апреле 1955 года в рамках оперативного требования CA-01503 требовался гидросамолет с ядерной силовой установкой, способный развивать высокие дозвуковые скорости, в первую очередь для атаки портов и военных кораблей с использованием обычного и ядерного оружия с второстепенными функциями минирования и разведки. USN хотел, чтобы прототип был доступен для оценки не позднее 1961. К середине 1956 г. военно-морской флот решил, что использование силовой установки исключительно ВМС США неоправданно и что самолеты ВМФ будут использовать силовую установку ВВС США WS-125A. Таким образом, отмена WS-125A также положила конец планам USN. На каком-то этапе казалось, что Великобритания может продать ВМС США три законсервированных летающих лодки класса «Принцесса» для испытаний ядерной энергии, но финансирование колебалось и в конечном итоге так и не поступило.

Дальше СССР тоже был занят. В конце 1950-х Туполев спроектировал, но не построил два атомных бомбардировщика: дозвуковой Ту-119.и сверхзвуковой Ту-120. Советское руководство считало, что прогнозируемая полезная нагрузка и скорость неадекватны связанным с этим затратам. Тем не менее, Туполеву было разрешено продолжить исследования ядерных самолетов. Соответственно, турбовинтовой бомбардировщик Ту-95 был модифицирован на ядерном комплексе недалеко от Семипалатинска в Казахстане, чтобы позволить летать с ядерным реактором, и стал Ту-95ЛАЛ ( Летающая атомная лаборатория — летающая атомная лаборатория). [16] По аналогии с НБ-36Н за 19 лет было выполнено около 34 полетов Ту-95ЛАЛ.61 с реактором на борту, но без двигательной установки. Испытания также показали, что самолет с ядерной установкой нецелесообразен с технологиями того времени. Прирост производительности за счет отсутствия химического топлива был поглощен тяжелым реактором и щитами, поэтому интерес Советского Союза к самолетам с ядерными двигателями снизился.

Испытательный самолет Ту-95ЛАЛ. Выпуклость в фюзеляже в задней части крыла закрывает реактор. (Источник: Wikimedia)

В итоге победило лучшее технологическое решение. И для США, и для СССР МБР, оснащенные легкими термоядерными боеголовками, представляли гораздо лучший ответ на проблему дальнего ядерного удара с высокой живучестью. Значительные усилия и средства, затраченные на исследование пилотируемых самолетов с ядерными двигателями, дали много технической информации и инженерных знаний, но в конечном итоге мало что еще. Это произошло не из-за отсутствия интереса к оборонной аэрокосмической промышленности. В то время Келли Джонсон из Skunk Works компании Lockheed писала:

После полувека попыток заставить самолеты перевозить разумные грузы все дальше и дальше, появление [атомной] силовой установки, которая решит проблему дальности полета, имеет первостепенное значение […] эту уникальную особенность следует приветствовать с энтузиазмом . [18]

Доктор Питер Лейтон является приглашенным научным сотрудником Азиатского института Гриффита Университета Гриффита. Его докторская степень связана с большой стратегией, и он преподавал эту тему в Национальном университете обороны США. Он автор книги Большая стратегия .

Изображение заголовка: NB-36H оставляет инверсионные следы в полете. (Источник: Wikimedia)

[1] Этот пост частично основан на главе автора в книге Майкла Спенсера (ред.), Nuclear Engine Air Power (Canberra: Air Power Development Centre, 2019). В этой книге обсуждаются современные ядерные силовые установки для самолетов и ракет.

[2]. Джей Миллер, X-Planes: от X-1 до X-31 (Арлингтон: Aerofax, 1988), стр. 69-73.

[3]. ФК Linn, Реактор с теплопередачей Эксперимент № 3: Подробный технический отчет, General Electric Aircraft Aircraft Nuclear Propulsion Program (Cincinnati: General Electric Company, 1962), стр. 15-18.

[4]. Рауль Колон , Полеты на ядерном топливе: усилия Америки по созданию бомбардировщика с ядерным двигателем .

[5]. Тео Фаррелл, «Потери при приобретении оружия: как американцы все делают неправильно», Contemporary Security Policy , 16:2 (1995), с. 194; «Мысли о WS-110A», , рейс , 10 января 1958 г., с. 44.

[6]. Генеральный контролер Соединенных Штатов, Обзор программы ядерных двигателей пилотируемых самолетов Комиссии по атомной энергии и Министерства обороны , B-146749, 28 февраля 1963 г., с. 133

[7]. Двоеточие, Полеты на ядерном .

[8]. Миллер, X-Planes. , с. 210.

[9]. Там же. , с. 73.

[10]. Брайан Д. Бикович, Программа «Распад атомных самолетов» , 12 ноября 1992 г.

[11]. Брюс Астридж, «Движение», в Филипе Джарретте (редактор), Быстрее, дальше, выше: передовые авиационные технологии с 194 (Лондон: Патнэм, 2002), с. 134.

[12]. Питер Дж. Роман, «Стратегические бомбардировщики над ракетным горизонтом, 1957–1963», Journal of Strategic Studies , 18:1 (1995), стр. 208–13.

[13]. Главного контролера, Обзор программы ядерных двигателей пилотируемых самолетов , стр. 134-40.

[14]. Рэймонд Л. Гартофф, «Ласточка и Каспийское морское чудовище против принцессы и верблюда : соревнование времен холодной войны для самолета с ядерной установкой», Исследования в области разведки , 60: 2 ( 2016), с. 3.

[15]. Артур Дж. Александер, «Принятие решений при закупках советского оружия», Adelphi Papers , 18:147-148, (1978), стр. 32.

[16]. Гартофф, « Ласточка и Каспийское морское чудовище против Принцессы и Верблюда », с. 2.

[17]. Петр Бутовски, «Шаги к блэкджеку», Air Enthusiast , 73 (1998), с. 40.

[18]. Ф. А. Кливленд и Кларенс Л. Джонсон, «Проектирование воздушных рам для ядерной энергетики», цитируется в Bikowicz, Decay .

Нравится:

Нравится Загрузка…

Боинг патентует лазерный термоядерный реактивный двигатель

Утрехт, город с населением 350 000 человек, в основном передвигающийся на велосипедах, расположенный к югу от Амстердама, стал испытательным полигоном для методов двунаправленной зарядки, которые вызывают живой интерес автопроизводителей, инженеров, городских менеджеров и энергетических компаний во всем мире. Эта инициатива реализуется в условиях, когда обычные граждане хотят путешествовать, не вызывая выбросов, и все больше осознают ценность возобновляемых источников энергии и энергетической безопасности.

«Мы хотели перемен, — говорит Элко Эеренберг, один из заместителей мэра Утрехта и олдермен по вопросам развития, образования и общественного здравоохранения. Часть изменений связана с расширением городской сети зарядки электромобилей. «Мы хотим предсказать, где нам нужно построить следующую электрическую зарядную станцию».

Так что это хороший момент, чтобы подумать о том, где впервые появились концепции «автомобиль-сеть», и увидеть в Утрехте, как далеко они продвинулись.

Прошло 25 года с тех пор, как эксперт по энергетике и окружающей среде Делавэрского университета Уиллетт Кемптон и экономист по энергетике из колледжа Грин-Маунтин Стив Летендре описали то, что они видели как «зарождающееся взаимодействие между электромобилями и системой электроснабжения». Этот дуэт вместе с Тимоти Липманом из Калифорнийского университета в Беркли и Алеком Бруксом из AC Propulsion заложил основу для передачи энергии от транспортного средства к сети.

Инвертор преобразует переменный ток в постоянный ток при зарядке автомобиля и обратно при подаче электроэнергии в сеть. Это хорошо для сетки. Еще предстоит ясно показать, почему это хорошо для водителя.

Их первоначальная идея заключалась в том, что автомобили в гараже будут иметь двустороннее компьютерное подключение к электросети, которая сможет получать питание от автомобиля, а также обеспечивать его питанием. Кемптон и Летендре
Статья 1997 года в журнале Transportation Research описывает, как энергия аккумуляторов от электромобилей в домах людей будет питать сеть во время аварийной ситуации или отключения электроэнергии. С уличными зарядными устройствами вам даже не понадобится дом.

В двунаправленной зарядке используется инвертор размером с житницу, расположенный либо в специальном зарядном устройстве, либо на борту автомобиля. Инвертор преобразует переменный ток в постоянный ток при зарядке автомобиля и обратно при подаче электроэнергии в сеть. Это хорошо для сетки. Еще предстоит ясно показать, почему это хорошо для водителя.

Это животрепещущий вопрос. Владельцы автомобилей могут заработать немного денег, возвращая немного энергии в сеть в подходящее время, или могут сэкономить на своих счетах за электроэнергию, или могут таким образом косвенно субсидировать эксплуатацию своих автомобилей. Но с того момента, как Кемптон и Летендре изложили концепцию, потенциальные пользователи также опасались потерять деньги из-за износа батареи. То есть, не приведет ли циклирование батареи к преждевременному износу самого сердца автомобиля? Эти нерешенные вопросы сделали неясным, приживутся ли когда-нибудь технологии «автомобиль-сеть».

Наблюдатели за рынком стали свидетелями целой череды моментов, когда технология «автомобиль-сеть» практически достигла цели. В 2011 году в Соединенных Штатах Университет Делавэра и базирующаяся в Нью-Джерси коммунальная компания NRG Energy подписали
технологическая лицензия на первое коммерческое развертывание технологии «автомобиль-сеть». Их исследовательское партнерство длилось четыре года.

В последние годы наблюдается всплеск этих пилотных проектов в Европе и США, а также в Китае, Японии и Южной Корее. В Соединенном Королевстве эксперименты
в настоящее время происходит в загородных домах с использованием внешних настенных зарядных устройств, измеряемых для предоставления владельцам транспортных средств кредита на их счета за коммунальные услуги в обмен на загрузку аккумулятора в часы пик. Другие испытания включают коммерческие автопарки, набор фургонов в Копенгагене, два электрических школьных автобуса в Иллинойсе и пять в Нью-Йорке.

Однако эти пилотные программы так и остались пилотными. Ни одна из них не превратилась в крупномасштабную систему. Это может скоро измениться. Опасения по поводу износа аккумуляторов ослабевают. В прошлом году Хета Ганди и Эндрю Уайт из
Университет Рочестера смоделировал экономику перехода от транспортного средства к сети и обнаружил, что затраты на износ аккумуляторов минимальны. Ганди и Уайт также отметили, что капитальные затраты на батареи со временем заметно снизились: с более чем 1000 долларов США за киловатт-час в 2010 году до примерно 140 долларов США в 2020 году.

По мере того, как технология перехода от транспортного средства к сети становится доступной, Утрехт становится одним из первых мест, где ее полностью внедряют.

Ключевой силой изменений, происходящих в этом продуваемом всеми ветрами голландском городе, является не тенденция мирового рынка или зрелость инженерных решений. Это мотивированные люди, которые также оказываются в нужном месте в нужное время.

Один из них — Робин Берг, основавший компанию под названием
We Drive Solar из его дома в Утрехте в 2016 году. Он превратился в оператора по совместному использованию автомобилей с 225 электромобилями различных марок и моделей — в основном Renault Zoes, а также Tesla Model 3s, Hyundai Konas и Hyundai Ioniq 5s. Попутно привлекая партнеров, Берг наметил способы обеспечить двунаправленную зарядку для парка We Drive Solar. Сейчас в его компании 27 автомобилей с возможностью двунаправленного движения, и ожидается, что в ближайшие месяцы будет добавлено еще 150.

В 2019 году король Нидерландов Виллем-Александр руководил установкой двунаправленной зарядной станции в Утрехте. Здесь король [в центре] показан вместе с Робином Бергом [слева], основателем We Drive Solar, и Жеромом Панно [справа], генеральным менеджером Renault в Бельгии, Нидерландах и Люксембурге. Патрик ван Катвейк/Getty Images

Собрать этот флот было непросто. Два двунаправленных Renault Zoe We Drive Solar — это прототипы, которые Берг получил в партнерстве с французским автопроизводителем. Серийные Zoe, способные к двунаправленной зарядке, еще не вышли. В апреле прошлого года Hyundai поставила We Drive Solar 25 двунаправленных дальнобойных Ioniq 5. Это серийные автомобили с модифицированным программным обеспечением, которые Hyundai выпускает в небольшом количестве. Компания планирует внедрить эту технологию в стандартную комплектацию будущей модели.

1500 абонентов We Drive Solar не должны беспокоиться об износе аккумуляторов — если это проблема компании, то Берг так не думает. «Мы никогда не доходим до краев аккумулятора», — говорит он, имея в виду, что аккумулятор никогда не заряжается до достаточно высокого или низкого уровня, чтобы существенно сократить срок его службы.

We Drive Solar — это не бесплатный сервис, который можно забрать из приложения и доставить туда, куда вы хотите. Для автомобилей предусмотрены специальные парковочные места. Абоненты бронируют свои автомобили, забирают и сдают их в одном и том же месте и ездят на них, куда хотят. В тот день, когда я был у Берга, две его машины направлялись в швейцарские Альпы, а одна направлялась в Норвегию. Берг хочет, чтобы его клиенты рассматривали определенные автомобили (и связанные с ними парковочные места) как свои собственные и регулярно пользовались одним и тем же транспортным средством, обретая чувство собственности на то, чем они вообще не владеют.

То, что Берг сделал решительный шаг в сфере совместного использования электромобилей и, в частности, в сетевых технологиях, таких как двунаправленная зарядка, неудивительно. В начале 2000-х он основал местного поставщика услуг под названием LomboXnet, установив антенны Wi-Fi в пределах прямой видимости на шпиле церкви и на крыше одного из самых высоких отелей города. Когда интернет-трафик начал переполнять его радиосеть, он проложил оптоволоконный кабель.

В 2007 году Берг получил контракт на установку солнечных батарей на крыше местной школы с идеей создания микросети. Сейчас он управляет 10 000 панелями на крышах школ по всему городу. В его шкафу в прихожей стоит коллекция счетчиков электроэнергии, которые отслеживают солнечную энергию, частично поступающую в аккумуляторы электромобилей его компании — отсюда и название компании We Drive Solar.

Берг не узнал о двунаправленной зарядке через Кемптона или кого-либо из первых чемпионов технологии «автомобиль-сеть». Он услышал об этом из-за
Катастрофа на АЭС Фукусима десять лет назад. В то время у него был Nissan Leaf, и он читал о том, как эти автомобили обеспечивали аварийное электроснабжение в районе Фукусимы.

«Хорошо, это интересная технология», — вспоминает Берг. «Есть ли способ масштабировать его здесь?» Nissan согласился отправить ему двунаправленное зарядное устройство, и Берг позвонил градостроителям Утрехта, сказав, что хочет проложить для него кабель. Это привело к большему количеству контактов, в том числе в компании, управляющей местной низковольтной сетью,
Стедин. После того, как он установил свое зарядное устройство, инженеры Стедина захотели узнать, почему его счетчик иногда работал в обратном направлении. Позже Ирэн тен Дам из Утрехтского агентства регионального развития узнала об его эксперименте и была заинтригована, став сторонником двунаправленной зарядки.

Берг и люди, работающие в городе, которым нравилось то, что он делал, привлекли новых партнеров, в том числе Стедина, разработчиков программного обеспечения и производителя зарядных станций. К 2019 году
Виллем-Александр, король Нидерландов, руководил установкой двунаправленной зарядной станции в Утрехте. «Как для города, так и для сетевого оператора самое замечательное то, что они всегда ищут способы масштабирования», — говорит Берг. Они не просто хотят сделать проект и сделать отчет о нем, говорит он. Они действительно хотят перейти к следующему шагу.

Следующие шаги происходят все быстрее. В настоящее время в Утрехте имеется 800 двунаправленных зарядных устройств, разработанных и изготовленных голландской инженерной фирмой NieuweWeme. Скоро городу понадобится гораздо больше.

Количество зарядных станций в Утрехте резко возросло за последнее десятилетие.

«Люди покупают все больше и больше электромобилей, — говорит Иренберг, олдермен. Городские власти заметили всплеск таких покупок в последние годы только для того, чтобы услышать жалобы от жителей Утрехта на то, что им пришлось пройти долгий процесс подачи заявок, чтобы установить зарядное устройство там, где они могли бы его использовать. Эеренберг, ученый-компьютерщик по образованию, все еще работает над тем, чтобы развязать эти узлы. Он понимает, что город должен двигаться быстрее, если он хочет выполнить требование правительства Нидерландов о том, чтобы через восемь лет все новые автомобили были с нулевым уровнем выбросов.

Количество энергии, используемой для зарядки электромобилей в Утрехте, резко возросло в последние годы.

Несмотря на то, что аналогичные предписания по увеличению количества автомобилей с нулевым уровнем выбросов на дорогах в Нью-Йорке и Калифорнии в прошлом не срабатывали, сейчас потребность в электрификации автомобилей возрастает. И городские власти Утрехта хотят опередить спрос на более экологичные транспортные решения. Это город, который только что построил центральный подземный гараж на 12 500 велосипедов и потратил годы на то, чтобы прорыть автостраду, проходящую через центр города, и заменить ее каналом во имя чистого воздуха и здорового городского образа жизни.

Движущей силой этих изменений является Маттейс Кок, городской менеджер по энергопереходу. Он провел меня — естественно, на велосипеде — по новой зеленой инфраструктуре Утрехта, указав на некоторые недавние дополнения, такие как стационарная батарея, предназначенная для хранения солнечной энергии от множества панелей, которые планируется установить в местном жилом комплексе.

На этой карте Утрехта показана городская инфраструктура для зарядки электромобилей. Оранжевые точки — расположение существующих зарядных станций; красные точки обозначают разрабатываемые зарядные станции. Зеленые точки — возможные места для будущих зарядных станций.

«Вот почему мы все это делаем», — говорит Кок, отходя от своего велосипеда и указывая на кирпичный сарай, в котором находится трансформатор мощностью 400 киловатт. Эти трансформаторы являются последним звеном в цепи, которая идет от электростанции к высоковольтным проводам, к подстанциям среднего напряжения, к низковольтным трансформаторам и кухням людей.

В обычном городе таких трансформаторов тысячи. Но если слишком много электромобилей в одном районе нуждаются в зарядке, такие трансформаторы могут легко перегрузиться. Двунаправленная зарядка обещает облегчить такие проблемы.

Кок работает с другими в городском правительстве над сбором данных и созданием карт, разделяющих город на районы. Каждый из них аннотирован данными о населении, типах домохозяйств, транспортных средств и других данных. Вместе с нанятой группой по анализу данных и при участии обычных граждан они разработали алгоритм, основанный на политике, чтобы помочь выбрать лучшие места для новых зарядных станций. Город также включил стимулы для развертывания двунаправленных зарядных устройств в свои 10-летние контракты с операторами зарядных станций для транспортных средств. Итак, в этих зарядках пошли.

Эксперты ожидают, что двунаправленная зарядка будет особенно хорошо работать для транспортных средств, которые являются частью автопарка, движение которого предсказуемо. В таких случаях оператор может легко запрограммировать, когда заряжать и разряжать автомобильный аккумулятор.

We Drive Solar зарабатывает кредит, отправляя энергию аккумуляторов из своего парка в местную сеть в периоды пикового спроса и подзаряжая аккумуляторы автомобилей в непиковые часы. Если это так хорошо, водители не теряют запас хода, который им может понадобиться, когда они забирают свои машины. И эти ежедневные сделки по энергоснабжению помогают снизить цены для абонентов.

Поощрение схем совместного использования автомобилей, таких как We Drive Solar, нравится властям Утрехта из-за проблем с парковкой — хронической болезни, характерной для большинства растущих городов. Огромная строительная площадка недалеко от центра Утрехта скоро добавит 10 000 новых квартир. Дополнительное жилье приветствуется, но дополнительных 10 000 автомобилей не будет. Планировщики хотят, чтобы это соотношение было больше похоже на одну машину на каждые 10 домохозяйств, и количество выделенных общественных парковок в новых районах будет отражать эту цель.

Некоторые автомобили We Drive Solar, в том числе Hyundai Ioniq 5, поддерживают двунаправленную зарядку. We Drive Solar

Прогнозы крупномасштабной электрификации транспорта в Европе обескураживают. Согласно отчету Eurelectric/Deloitte, к 2030 году в Европе может быть от 50 до 70 миллионов электромобилей, для чего потребуется несколько миллионов новых точек зарядки, двунаправленных или иных. Для поддержки этих новых станций распределительным сетям потребуются сотни миллиардов евро инвестиций.

За утро до того, как Эеренберг сел со мной в мэрии, чтобы объяснить алгоритм планирования Утрехтской зарядной станции, на Украине разразилась война. Цены на энергоносители в настоящее время напрягают многие домохозяйства до предела. Бензин достиг 6 долларов за галлон (если не больше) в некоторых местах в Соединенных Штатах. В середине июня в Германии водителю скромного VW Golf пришлось заплатить около 100 евро (более 100 долларов США) за заправку бака. В Великобритании счета за коммунальные услуги выросли в среднем более чем на 50 процентов 1 апреля.

Война перевернула энергетическую политику на европейском континенте и во всем мире, сосредоточив внимание людей на энергетической независимости и безопасности и укрепив уже начатую политику, такую ​​как создание зон без выбросов в центрах городов и замена обычных автомобилей электрическими. те. Часто неясно, как лучше осуществить необходимые изменения, но моделирование может помочь.

Нико Бринкель, работающий над докторской диссертацией в
Лаборатория интеграции фотогальваники Вильфрида ван Сарка в Утрехтском университете фокусирует свои модели на местном уровне. В
Согласно своим расчетам, в Утрехте и его окрестностях укрепление низковольтной сети стоит около 17 000 евро за трансформатор и около 100 000 евро за километр сменного кабеля. «Если мы перейдем к полностью электрической системе, если мы добавим много энергии ветра, много солнечной энергии, много тепловых насосов, много электромобилей…», — его голос затихает. «Наша сеть не была предназначена для этого».

Но электрическая инфраструктура должна не отставать.
Одно из исследований Бринкеля предполагает, что если бы большая часть зарядных устройств для электромобилей была двунаправленной, такие расходы можно было бы распределить более управляемым образом. «В идеале, я думаю, было бы лучше, если бы и все новых зарядных устройств были двунаправленными», — говорит он. «Дополнительные расходы не так уж велики».

Берга не нужно убеждать. Он думал о том, что двунаправленная зарядка предлагает всем Нидерландам. Он полагает, что 1,5 миллиона электромобилей с двунаправленными возможностями — в стране с 8 миллионами автомобилей — уравновесят национальную энергосистему. «Тогда с возобновляемой энергией можно было делать что угодно», — говорит он.

Учитывая, что в его стране всего сотни автомобилей, способных заряжаться в обоих направлениях, 1,5 миллиона — это большое число. Но однажды голландцы действительно могут туда добраться.

Эта статья опубликована в печатном выпуске за август 2022 года под названием «Дорожное испытание технологии «автомобиль-сеть».

Секретные ребята? Ядерный реактивный двигатель?

Недавно мы наткнулись на статью GE Reports под названием « Ядерный реактивный двигатель, керамические турбины и другие жемчужины из истории полетов». ” Из одной статьи в другую мы узнавали об истории компании General Electric как новатора в области реактивных самолетов с самого зарождения авиации.

Не будем врать, наше внимание привлек ядерный реактивный двигатель. По мере того, как мы переваривали концепцию самолета, путешествующего по небу, работающего на ядерном реакторе, мы обнаружили, что следуем по пути через статьи, которые привели нас от секретной группы под названием Hush-Hush Boys к самому мощному реактивному двигателю в мире. .

Первый турбокомпрессор

Статья начинается с того, что GE вошла в историю авиации благодаря первому турбокомпрессору, разработанному инженером GE Сэнфордом Моссом. От концепции до разработки в 1918 году, а затем успешно испытав двигатель Мосса с наддувом на Liberty V-12, GE выиграла контракт на поставку нагнетателей для армии. Сегодня в мире эксплуатируется более 30 000 самолетов с двигателями General Electric.

Hush-Hush под смертной казнью

В 1941 году для работы над сверхсекретным проектом армейской авиации была собрана небольшая группа избранных инженеров GE. Членам группы было сказано, что они не могут обсуждать то, над чем они работают, с кем-либо за пределами своей группы. Это требование привело к тому, что члены команды назвали себя « Hush-Hush Boys »

Джозеф Сорота, 96-летний и последний живой член Hush-Hush Boys во время этого видеоинтервью , рассказывает что «человек из ФБР предупредил меня, что если я выдам какие-либо секреты, наказанием будет смерть».

Команда получила британский реактивный двигатель, разработанный офицером британских ВВС Фрэнком Уиттлом. Их миссия состоит в том, чтобы восстановить и воспроизвести реактивный двигатель, чтобы его можно было коммерциализировать для многих самолетов. Им дали шесть месяцев на завершение редизайна. Они успешно сделали это всего за пять. Через десять месяцев у Hush-Hush Boys было два рабочих двигателя, которые должны были быть отправлены по железной дороге через всю страну для испытаний в пустыне Мохаве. Реактивный двигатель, официально названный I-A, будет установлен на первый реактивный самолет Америки. Этот реактивный самолет XP-59разработанный Ларри Беллом и оснащенный одним из турбодвигателей GE, успешно поднялся на высоту 6000 футов в октябре 1942 года. Успешный реактивный двигатель получил обозначение J47 и стал первым сертифицированным для коммерческой авиации. Будет произведено 35 000 J47.

Атомный двигатель

В 1954 году GE снова раздвинула границы, когда дело дошло до самолетов с реактивными двигателями. Они разработают и испытают ядерный реактивный двигатель. GE модифицировала два турбореактивных двигателя J47 в паре с реактором с теплопередачей Experiment-1 (HTRE-1). Вместо использования реактивного топлива ядерный реактор будет отдавать тепло непосредственно турбореактивным двигателям. Модифицированный бомбардировщик B-36 Peacemaker был модифицирован ВВС США для установки турбореактивного двигателя GE J87 с ядерной установкой, но он никогда не использовал эти двигатели. Позже проект был заброшен в 1961. Вы можете узнать больше об этом предмете в « Полеты на ядерном топливе, Американские усилия по созданию атомного бомбардировщика »

Рекордная мощность!

В статье также кратко рассказывалось о двигателе GE90-115B, самом мощном в мире реактивном двигателе. Этот турбовентиляторный двигатель General Electric с большим байпасом занесен в Книгу рекордов Гиннеса по максимальной тяге — 127 900 фунтов силы. Двигатель рассчитан на 115 300 фунтов силы, но этот рекорд был установлен во время одночасового стресс-теста двигателя с тройной красной линией. Этот двигатель устанавливал и другие рекорды, например, когда он приводил в движение Boeing 777-300ER пять с половиной часов с одним выключенным двигателем из Сиэтла в Тайвань. Еще один рекорд, установленный GE90-115B совершал самый продолжительный полет на коммерческом авиалайнере. Боинг 777-200LR вылетел из Гонконга, над Тихим океаном и континентальной частью США, Атлантикой и приземлился в Лондоне. Поездка преодолела 13 422 мили при времени полета 22 часа 42 минуты. По состоянию на 2014 год было построено 2000 ТРДД GE90.

Двигатель General Electric F110

Не упомянутый в статье, но определенно заслуживающий упоминания, турбовентиляторный реактивный двигатель GE Aviation F110 с форсажной камерой сгорания. Различные версии F110 были установлены на трех лучших истребителях мира.

F-15

F-15K из Южной Кореи, F-15SG из Республики Сингапур и F15SA из Саудовской Аравии — всепогодные многоцелевые ударные истребители. Они являются производными от F-15 Strike Eagle и оснащены двумя двигателями F110-GE-129. Эти турбореактивные двигатели обеспечивают истребителям 29 499 фунтов силы каждый. Истребители могут развивать скорость до 2,5 Маха на скорости 1875 миль в час.

F-16

Еще один истребитель с ТРДФ F110 — F-16 Fighting Falcon 9.0004 C/D. Этот самолет является многоцелевым истребителем, а F110-GE-129 обеспечивает серию F-16C/D Block 30-40-50 тягой 28 600 фунтов силы. Falcon может развивать скорость до 2 Маха на скорости 1320 миль в час.

F-14

Последний пример реактивного истребителя, оснащенного двигателем F110, — снятый с вооружения F-14 Tomcat . Версии Tomcat F-14B и F-14D были оснащены двигателями F110-GE-400 и летели по небу с тягой до 30 200 фунтов силы на скорости 0,9 Маха. С этими двигателями GE F-14 мог развивать скорость 2,34 Маха при максимальной скорости 1544 миль в час.

Поддержка F-16 Fighting Falcon

Компания Duotech обеспечивает полную поддержку F-16 Fighting Falcon . Полная решимости обеспечить высочайшее качество ремонта и инженерных услуг для вашего F-16, Duotech делает это с меньшими затратами на и более короткими сроками, чем OEM-производители .

Наслаждайтесь оригинальной статьей о реактивном двигателе с атомным двигателем , керамических турбинах и других жемчужинах из истории полета на веб-сайте GE Reports. Поделитесь этим JET FRIDAY статью с друзьями и коллегами, используя значки социальных сетей на этой странице. Хорошей пятницы!

Изучение заброшенных бункеров для ядерных реактивных двигателей в дикой местности Кеханны

заброшенных бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Кеханны в окружающем лесу округа Камерон.

Северный бункер для испытаний ядерных реактивных двигателей в стиле холодной войны в дикой местности Куэханна.

Построенные и используемые между 1955-1960 , эти бункеры продолжают очаровывать посетителей и по сей день, а также служат напоминанием о том, как быстро общественные земли могут быть кооптированы политиками и частными компаниями для «общего блага».

Интерьер одного из заброшенных бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в Куэханне.

Краткая история бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в Куэханне

Комплекс для испытаний ядерных реактивных двигателей в Куэханне родился из эвфемистически названного Программа «Атом во имя мира» , предложенная президентом Дуайтом Д. Эйзенхауэром в 1953 году и созданная Конгрессом США в 1954 году.

Теоретически программа была разработана для поиска мирного применения ядерных технологий.

Рекламный автобус «Атом во имя мира».

В случае с проектом реактивных двигателей Quehanna целью была разработка реактивных ядерных двигателей для ВВС США, чтобы истребители и бомбардировщики могли оставаться в воздухе бесконечно долго без дозаправки.

Компания Curtiss-Wright Corporation , в то время крупнейший производитель самолетов в США, получила контракт на разработку двигателей.

Они искали отдаленный участок земли, где проект мог бы работать в относительной секретности и без опасности для большого населенного пункта, если бы проект пошел наперекосяк.

Штат Пенсильвания , стремясь создать рабочие места и стимулировать инвестиции в промышленность, предложил Curtiss-Wright выгодную сделку на 80 квадратных миль государственной земли (в то время государственной лесной земли) в сельской местности округа Камерон, и сделка была заключена .

Однако обещание рабочих мест и процветания всему региону оказалось всего лишь обещанием.

Стальная дверь в заброшенный испытательный полигон для ядерных реактивных двигателей в округе Кэмерон

К 1960 году ВВС расторгли контракты, и бункеры для ядерных реактивных двигателей были буквально заброшены, став местом вечеринок для подростков и источником металлолома для местных жителей.

Смотровые окна в бункерах для испытаний ядерных реактивных двигателей.

Все, что осталось сегодня, это сами бункеры — большие коробки из бетона и стали с крошечными щелевыми окнами, когда-то покрытые толстым слоем взрывостойкого стекла, где инженеры и техники должны были следить за двигателями, проходящими испытания. 900:05 Деревья растут вокруг одного из заброшенных бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Как найти заброшенные бункеры для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна

Как добраться до бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна

Два бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей расположены примерно в полумиле к северо-западу пересечения шоссе Quehanna Highway и Wykoff Run Road .

Правовая оговорка

Это свойство не обслуживается и не контролируется для обеспечения безопасности, и поэтому это ПОСЕЩЕНИЕ НА СВОЙ СОБСТВЕННЫЙ РИСК!

Добровольно исследуя это место, ВЫ принимаете на себя риск любых телесных повреждений или повреждения личного имущества и не возлагаете на автора ответственность за любые травмы, потери или ущерб, которые могут возникнуть во время посещения этого места.

Парковка южного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей находится прямо вдоль шоссе Квеханна, рядом с большим каменным указателем мили с вырезанной на нем цифрой «5».

GPS-координаты этой парковки: 41.23472, -78.19974 .

Парковка вдоль шоссе Кеханна для южного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей.

Путь к южному бункеру составляет всего 1/4 мили по остаткам ровной асфальтированной дороги (что делает это место популярным среди лыжников зимой). 900:05 Ворота 252 блокируют дорогу к южному бункеру для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Конечно, дорога, после почти 60 лет без ремонта, поглощается лесом, само по себе зрелище.

Заброшенная дорога, ведущая к бункерам для испытаний ядерных реактивных двигателей Quehanna в округе Камерон.

Пройдя 1/4 мили назад по дороге к бункерному комплексу (когда-то это была поляна площадью 3 акра, но теперь частично покрытая деревьями), из асфальта поднимается большая куча грязи.

GPS-координаты южного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей: 41.23691, -78.19612 .

Южный бункер для испытаний ядерных реактивных двигателей Curtiss-Wright в дикой местности Куэханна.

Конечно, когда он использовался, этот бункер не был засыпан землей — это было сделано позже государством в попытке превратить бункер в среду обитания летучих мышей, попытка, которая, похоже, была заброшена много лет назад.

То, что сейчас служит единственным входом в этот бункер, когда-то было вентиляционным отверстием. Тесное сжатие, но вход, который бесчисленное количество людей использовали на протяжении многих лет. 900:05 Открытый вход в южный бункер для испытаний ядерных реактивных двигателей, теперь погребенный под насыпью грязи.

Все, что осталось увидеть внутри южного бункера, это 4 стены, покрытые граффити, и остатки нескольких ящиков с битами.

Никаких инструментов, вывесок или других ключей к его прежней жизни больше не найти.

Внутри южного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна.

Стоя на вершине кургана, можно осмотреть местность и попытаться представить, какие испытания проводились здесь в конце 50-х годов. 900:05 Остатки комплекса для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Некоторые люди говорят, что здесь испытывались только обычные реактивные двигатели, а ядерные реактивные двигатели даже не дошли до фазы испытаний.

Инфраструктура комплекса для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Другие говорят, что ядерные реактивные двигатели действительно существовали, но излучали слишком много радиации, чтобы их можно было безопасно использовать.

Один местный житель, с которым я столкнулся, утверждал, что знает людей, работавших на объекте, клялся, что реконструированная инопланетная технология тестировалась на месте!

Что бы там ни происходило или не происходило, все это было окутано завесой тайны, высокими заборами и дежурными постами охраны, что делало поход еще более интересным, если вы любитель истории или конспирологии.

Исследование северного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей

Парковка северного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей расположена в четверти мили дальше по шоссе Кеханна, рядом с домом 9.0003 Ворота 251 (возможно Зона 51 Дикой Зоны Куэханны???).

Ворота 251 в дикой местности Куэханна защищают дорогу к заброшенным бункерам для испытаний ядерных реактивных двигателей.

GPS-координаты этой парковки: 41.23706, -78.20351 .

Северный бункерный комплекс хорошо виден даже на спутниковых снимках.

Вид со спутника на северный заброшенный комплекс для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Как и в случае с дорогой к южному бункеру, Природа медленно восстанавливает асфальтированную дорогу обратно к северному бункеру. 900:05 Заброшенная тропа бункера ядерных реактивных двигателей «Куэханны» в дикой местности Кеханны.

0,7-километровый поход приведет вас к большому отверстию, где находился испытательный комплекс.

Асфальтовая площадка вокруг одного из заброшенных бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

GPS-координаты северного бункера: 41.24221, -78.19901 .

Остатки тропы к северному бункеру ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна.

Самая большая разница здесь, по сравнению с южным бункером, заключается в том, что северный бункер по-прежнему хорошо виден, он выглядит как пулеметное гнездо из военного фильма. 900:05 Внешний вид северных заброшенных бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Большая стальная дверь закрывает вход в бункер и скрипит зловещим звуком прямо из фильма ужасов, когда вы ее открываете.

Вход в один из заброшенных бункеров для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханны.

Внутри вы найдете сцену, похожую на южный бункер — стены, покрытые граффити, и остатки разрушенной среды обитания летучих мышей.

Интерьер заброшенного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей, построенного корпорацией Curtiss-Wright.

Окна (теперь покрытые стальными пластинами) находятся на стенах напротив двери, а двигатели должны были быть привязаны к креплениям, видимым через окна и вдали от двери.

Интерьер северного бункера для испытаний ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна.

Остатки опор двигателя все еще присутствуют за пределами северного бункера.

Двигательные установки, на которые крепились атомные реактивные двигатели для испытаний.

Ядерные реактивные двигатели действительно стояли на этих опорах в какой-то момент в конце 50-х? 900:05 Западный бункер для испытаний ядерных реактивных двигателей Curtiss-Wright в дикой местности Куэханна.

Или здесь испытывались какие-то реконструированные инопланетные технологии, как утверждают местные?

Граффити внутри северного бункера ядерных реактивных двигателей в дикой местности Куэханна.

Если местная популяция лосей знает, то молчит!

Лось-бык возле бункеров ядерных реактивных двигателей в дикой местности Квеханна.