Category Archives: Двигатель

Как работает двигатель в самолете: АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ • Большая российская энциклопедия

Форсажный двигатель моментально увеличивает скорость истребителей

Ночь. На полосе замерла пара истребителей – ведущий и ведомый. Один позади другого на полсотни метров. Боевые машины готовятся к вылету. Пилот ведущего сосредоточен: он ожидает, что вот-вот поступит команда руководителя полетов… Да! Взлет разрешен, и от ведущего к ведомому по радиоволнам летят слова: «Взлетаем. Форсаж!»

Николай Цыгикало

Последнюю букву в слове «форсаж» ведущий произносит отчетливо. Это знак. Оба летчика одновременно ровным движением переводят ручки управления двигателями до упора вперед, в положение «полный форсаж».

Свист двигателей разрастается в рев и без пауз переходит в надрывный грохот. Из сопел вырастают длинные, почти с сам самолет, струи бело-розового форсажного пламени. Истребители начинают разбег под действием резко выросшей тяги. Большая продольная перегрузка делает рост скорости стремительным. Потому разбег и начинают синхронно, чтобы задний самолет не догнал передний и не отстал от него: здесь решают метры и доли секунды.

Задрав носы и лизнув длинными языками форсажного огня бетонку, пара отрывается от полосы и стремительно поднимается в ночное небо. Грохот удаляется, в небо уходят две звездочки с огненными хвостами. Внезапно они гаснут. Через пару секунд отдаленный грохот резко смолкает. Форсаж выключен. Истребители продолжают набор высоты на максимальном режиме двигателей.

Мгновенное усилие

Форсаж – усиленный режим работы двигателя. Слово происходит от французского forçage – «усиление, принуждение, форсирование». Форсаж дает большое, почти вдвое, увеличение тяги двигателя, уже работающего на максимальном режиме. Много тонн добавочной форсажной тяги, которая позволяет быстро разогнаться при взлете, поддерживать скорость в интенсивных маневрах, развивать сверхзвуковую скорость и догонять цель для атаки. 

В форсажном двигателе между турбиной и реактивным соплом вставлена форсажная камера – большая труба с топливными форсунками спереди. На форсаже в камере сжигаются добавочные килограммы топлива. При их сгорании сильно нагревается газ перед входом в реактивное сопло. Скорость истечения из сопла вырастает вместе с реактивной силой, давая форсажный прирост тяги. При этом количество воздуха, проходящего через двигатель, не изменяется. Не увеличиваются обороты, и так максимальные. Но сильно, в несколько раз, возрастает расход топлива. А потому большинство самолетов способно двигаться в форсажном режиме лишь непродолжительное время. Если этот фактор не учесть, у пилота могут возникнуть большие проблемы.

Все ушло в струю

В нижнетагильском истребительном полку пара самолетов отрабатывала упражнение 108 – перехват крылатой ракеты AGM-28 Hound Dog в стратосфере. Один истребитель изображает цель, другой обнаруживает его в небе и атакует. Оба на сверхзвуке, времени мало; топлива всего три тонны, на форсаже оно горит очень быстро. Летчик нашел цель, зашел в атаку, сблизился, произвел пуск без ракеты. Из атаки вышел правильно, выпустил воздушные тормоза, доложил на командный пункт: «Форсаж убрал». Но на самом деле не убрал, видимо, забыв в горячке атаки. Час ночи. Летчик уже спустился из стратосферы, а форсаж все еще горит. Спустя время пилот докладывает: «Загорелась лампа аварийного остатка топлива». Руководитель полетов в ответ: «Продублируйте выключение форсажа». Только теперь летчик убрал форсаж и доложил второй раз о его выключении. Но топливо уже сгорело. Удаление до полосы сто сорок километров. Начались расчеты «дотянет – не дотянет», запросы текущего остатка топлива. Летчик доложил: «Двигатель встал». РП дал команду катапультироваться. Пилот покинул самолет в десятке километров от полосы. Дежурный вертолет в два часа ночи доставил на базу невредимого летчика. А советские ВВС лишились боевой машины.

Час ночи. Летчик уже спустился из стратосферы, а форсаж все еще горит. Спустя время пилот докладывает: «Загорелась лампа аварийного остатка топлива». Руководитель полетов в ответ: «Продублируйте выключение форсажа». Только теперь летчик убрал форсаж и доложил второй раз о его выключении. Но топливо уже сгорело. Удаление до полосы сто сорок километров.

Мифы о форсаже

Форсаж работает в полном соответствии с законами физики, однако принцип его действия вовсе не очевиден, и зачастую предлагаемые трактовки оказываются ошибочными. Что же там происходит? Поток воздуха в воздухозаборник на форсаже не вырастает. Может быть, дело в том, что добавляется объем новых продуктов сгорания? Посчитаем. При сжигании 1 кг керосина расходуется 2,7 м3 кислорода, возникает 2,6 м3 углекислого газа и водяного пара. Баланс объема отрицательный. Сжигание форсажного керосина слегка сократит объем газов. Расход массы на входе в сопло вырастет за счет керосина лишь на несколько процентов. Двигатель всасывает больше центнера воздуха в секунду. Несколько килограммов форсажного керосина увеличат эту массу незначительно. Почему же так сильно растет скорость форсажной струи?

Ответ напрашивается сам собой: из-за роста давления перед входом в сопло! Сгорание топлива в камере нагревает газ, повышает его давление, из-за чего и возникает форсажный прирост тяги. Однако сколь ни распространено это доступное объяснение, оно в корне неверно. Все движение в авиационном турбореактивном двигателе создает его сердце – газовая турбина. Она вращает компрессор – легкие двигателя, выполняющие огромное, многократное сжатие центнера воздуха в секунду и дающее движение всем другим устройствам. Турбина выполняет колоссальную работу. Для этого ее с большой силой обтекает газ. На каждой ее лопатке он создает силу, слагающую мощность турбины. Течь газ заставляет перепад давлений. Перепад большой, в несколько атмосфер, или в два-три раза. Если разность давлений уменьшить, течение газа сквозь турбину ослабеет. Падение силы на лопатках вызовет потерю мощности. На снижение мощности сразу отзовется компрессор, уменьшит сжатие сотни кубов воздуха в секунду. Воздух сожмется слабее, меньше накачается в двигатель. Давление газа перед турбиной снизится. Так от компрессора отразится и придет к передней стороне турбины волна обвального падения мощности. Ослабеет сжатие в камерах сгорания перед турбиной. После неустойчивого горения они погаснут. Двигатель встанет.

Механика с гидравликой

К такому сценарию приведет снижение перепада давлений. Турбина выходит своим газодинамическим тылом прямо в форсажную камеру. Даже небольшое повышение давления в камере сразу подступит к лопаткам турбины. Перепад ослабнет, мощность турбины снизится.

Чтобы давление за турбиной не нарастало, применяется хитрая механика. Сброс добавочного температурного расширения газа достигается за счет расширения самой узкой проточной части сопла. Эта сужающаяся часть образована литыми подвижными трапециевидными створками. На двигателе Ал-31Ф от Су-27 таких створок 16. Похожие 16 створок образуют и расширяющуюся часть сопла. Створки меняют и критический диаметр сопла, и диаметр выходного среза. Управляют створками 16 гидроцилиндров, рабочим телом в которых служит топливо. При переходе на форсажный режим критическое сечение сопла расширяется и одновременно увеличивается выходное сечение. В расширение «сливается» начинающийся рост давления от форсажного нагрева. 

Чтобы при розжиге форсажа не возникало случайных повышений давления в форсажной камере, сопло расширяется не синхронно с ростом форсажного горения, а заранее. Створки раскрываются с опережением форсажа. Создается ситуация, когда сопло расширилось, а форсаж еще не разгорелся. И тогда происходит классический провал тяги. Ведь в расширившееся сопло «сливается» обычное давление, пока без форсажа. На форсаже давление за пару секунд восстанавливается до прежнего, при раскрытых створках сопла.

В итоге давление в форсажной камере двигателя Ал-31Ф на форсаже не только не вырастает, но даже незначительно падает, на 0,1–0,2 атм. Перепад давления на турбине практически не меняется, и компрессор продолжает сжимать и закачивать в двигатель центнер воздуха в секунду, столь необходимого для горения топлива.

Откуда же возникает форсажный прирост тяги? Сопло – тепловой двигатель, который совершает работу, разгоняя газ с запасом энергии. Потенциальную энергию тепла и упругого сжатия газа сопло трансформирует в кинетическую энергию истекающей струи и силу тяги. В скорость истечения преобразуются и сжатие, и нагрев газа. Прибавка энергии любому из них приводит к увеличению скорости. Если добавить газу теплоты, сохраняя давление, скорость струи вырастет. Вырастет тяга и с ростом давления при неизменной температуре. В едином процессе сопло преобразует добавку любой из двух форм энергии. Поэтому нагрев газа перед соплом приводит к росту скорости струи и тяги. Так и возникает форсаж. Можно сказать, что форсажная камера – это большая керосиновая духовка. Она усиливает жар, раскаляя поток перед соплом до тысячи семисот градусов. В этом весь ее смысл. Сопло, как шляпа волшебника, прямым действием превращает жар в добавочную силу.

Остается взглянуть на форсажную струю. Цвет ее зависит от полноты сгорания. Голубой, белый, розоватый, желтый… Пыль в воздухе может менять оттенки огня. Сверхзвуковая струя, покидая сопло, тормозится до дозвуковой скорости. В струе возникает ряд сверхзвуковых скачков уплотнения. Они стоят друг за другом светлыми пятнами, делая струю визуально полосатой. С удалением от сопла пятен больше: струя тормозится, скачки сближаются, пока не исчезают. Как позже и сама струя, с грохотом уносящая самолет и затихающая в небе.

Двигатель для гиперзвука | Наука и жизнь

Добиться как можно большей скорости летательного аппарата — такова одна из главных задач, стоящих перед авиацией с момента её зарождения. Скорость звука уже превышена в 1,5—2 раза. В недалёком будущем можно ждать появления экономичного гиперзвукового самолёта.

Схема турбореактивного двигателя.

Во время разгона и торможения двигатель работает в прерывистом режиме, и топливо-воздушная смесь разделена порциями чистого воздуха (показаны цветом).

‹

›

Открыть в полном размере


Но есть проблема: распространённые и хорошо освоенные в производстве турбореактивные двигатели разогнать самолёт до таких скоростей не могут. Сейчас считается, что для такой машины наилучшим образом подходит прямоточный реактивный двигатель.


Тем не менее, конструкторская мысль не стоит на месте. Недавно в редакцию пришло письмо с описанием интересной, хотя, на взгляд скептиков, довольно спорной схемы турбореактивного двигателя.

В своё время, когда разрабатывались первые турбореактивные двигатели (ТРД) для самолётов, и у нас, и за рубежом была принята практически одинаковая схема их конструкции из последовательно соединённых входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла. Эта схема стала классической и до сих пор остаётся основой авиационного двигателестроения.


Тяга такого двигателя пропорциональна количеству воздуха, пропускаемого через проточную часть двигателя, и скорости его истечения из сопла. Чтобы повысить скорость истечения газа, нужно повысить его температуру. В настоящее время наиболее совершенные турбинные лопатки выдерживают температуру примерно 1200оС (1500 К), и то непродолжительное время (см. «Наука и жизнь» № 6, 2007 г.). Тратятся колоссальные средства на создание новых жаростойких и жаропрочных материалов, результаты есть, но хочется большего. Пока существенно увеличить скорость не получается. С законами физики не поспоришь, но можно придумать, как их обойти.


Итак, если мы хотим выйти из тупика, необходимо каким-то образом значительно улучшить функциональные и тепловые показатели ТРД. Для этого придётся отказаться от некоторых традиционных постулатов и устранить фундаментальные конструкторские и технологические несоответствия.


Что я имею в виду? В классической схеме после компрессора воздушный поток разделяется на первичный для горения (30%) и вторичный для охлаждения (70%). Обидно, что в реактивную струю превращается столь незначительное количество воздуха, но это полбеды. Совсем худо, что вторичный поток дробится на десятки струй жаровой трубой камеры сгорания с огромными гидравлическими потерями. Другими словами, в существующих ныне камерах сгорания теряется львиная доля потенциальной и кинетической энергии, приобретаемой воздушным потоком при сжатии в компрессоре.


Кроме того, разделённые камерой сгорания зоны сжатия воздуха и расширения газовой струи находятся на значительном удалении друг от друга. Из-за этого существенно увеличивается масса двигателя и усложняется его конструкция (длинный и тяжёлый вал, соединяющий турбину с ротором компрессора, промежуточная подшипниковая опора, охлаждающие каналы, система подвода смазки и т.д.).


В существующих ТРД при увеличении тяги растёт частота вращения вала. А нужно ли это? В автомобиле, где движителем являются колёса, чем быстрее они вращаются, тем быстрее едет автомобиль. В ТРД, где движителем является сопло, нет необходимости увеличивать частоту вращения ротора, а целесообразно регулировать теплонапряжённость газового потока, то есть повышать или понижать температуру рабочего цикла, определяющую скорость истечения из сопла газовой струи и тем самым увеличивать или уменьшать силу тяги. В ТРД это делают, изменяя подачу топлива.


Переход с режима на режим достигается избыточной или недостаточной его подачей. В результате на всех режимах, кроме расчётного, происходят потери энергии. Следовательно, падает экономичность. Но даже на расчётном режиме топливо теряется из-за малоэффективного пассивного способа образования топливовоздушной смеси: топливо подают в камеру сгорания и распыляют его форсунками по воздушному потоку или против него, что приводит к столкновению мельчайших капель и образованию более крупных, которые в условиях факельного горения не успевают испариться и сгореть и выносятся газовым потоком в окружающую среду.


Приведённые фундаментальные несоответствия устранимы, если принять концепцию, включающую в себя три составляющие: новую конструктивную схему, новый способ работы и новый принцип регулирования ТРД, защищённые авторскими свидетельствами ещё во времена СССР. Возникает возможность упростить конструкцию, в несколько раз увеличить мощность, существенно повысить экономичность двигателя, уменьшить его габариты и массу, удешевить производство.


Главное конструктивное решение — отказ от камеры сгорания и замена вала полым ротором барабанного типа. Между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса двигателя создаётся зона сжатия с компрессорными и зона расширения с турбинными лопатками. Ряды лопаток установлены на расстоянии межлопаточного осевого зазора друг от друга. Благодаря этому существенно уменьшаются габариты и масса двигателя: нет камеры сгорания, длинного и тяжёлого вала, массивных дисков турбины, исчезает промежуточная опора и множество вспомогательных узлов и деталей. Проточная часть двигателя теперь будет представлять собой зону сжатия, непосредственно переходящую в зону расширения. Это происходит в критическом сечении, где ротор имеет максимальный диаметр.


Как же теперь быть с многочисленными сложными процессами, протекающими в камере сгорания? В нашем случае все процессы, связанные с образованием топливовоздушной смеси, переносятся в зону сжатия, а процесс горения — в зону расширения непосредственно на турбинные лопатки. Однако необходимо, чтобы выполнялось условие, при котором скорость потока топливовоздушной смеси в критическом сечении превышала бы скорость распространения пламени по потоку, чтобы исключить помпаж, то есть забрасывание пламени обратно в зону сжатия. Современные средства электроники позволяют удерживать и надёжно контролировать процесс объёмного горения с заданными параметрами в автоматическом режиме.


Воздух из атмосферы через входное устройство поступает в компрессор, или в так называемую зону сжатия, где, например, на уровне третьей или четвёртой ступени в поток подают топливо. Зная расход воздуха в проточной части зоны сжатия, можно с большой точностью рассчитать и подать то количество топлива, при котором коэффициент избытка воздуха α* будет оптимальным.


Образовавшаяся в проточной части зоны сжатия (компрессора) топливовоздушная смесь, пройдя критическое сечение, воспламеняется в сопловом аппарате одновременно по всему объёму и горит с максимальной (стехиометрической) температурой 3000оС при значительно более высоком давлении, чем в камере сгорания обычного ТРД. Другими словами, вместо факельного горения происходит более эффективное — объёмное.


Газовая струя за счёт теплового перепада совершает работу на турбинных лопатках, но уже на значительно более высоком энергетическом уровне, чем в известных двигателях. При этом львиная доля энергии высокотемпературного потока после турбинных лопаток приходится на работу расширения в реактивном сопле, и благодаря этому тяга двигателя многократно возрастает.


Рассмотрим процессы, протекающие в зонах сжатия и расширения. К атмосферному воздуху в зоне сжатия прикладывается механическая работа, совершаемая лопатками компрессора, которая выражается в повышении степени сжатия воздуха и его температуры. При подаче топлива (авиационного керосина) в воздушный поток, который не дробится на мелкие струи, как в камере сгорания, происходит механическое перемешивание частиц топлива с воздухом вращающимися компрессорными лопатками. Лопатки также разбивают крупные капли, и, следовательно, те быстрее испаряются, способствуя образованию топливовоздушной смеси с высокой степенью однородности, качественному, а главное, быстрому сгоранию и ускоренному истечению газового потока из реактивного сопла. Это не только позволяет достигнуть гиперзвуковых скоростей, но и заметно снизить количество несгоревшего топлива.


Испарение подаваемого в зону сжатия топлива приводит к поглощению теплоты, температура воздуха понижается, а плотность соответственно возрастает без дополнительных энергозатрат. Это значительно повышает не только экономичность, но и кпд тепловой машины.


В предлагаемой схеме процессы сжатия и расширения протекают в непосредственной близости друг от друга. Потенциальная и кинетическая энергия, приобретаемая потоком в зоне сжатия, не теряется и не рассеивается, как это происходит в камерах сгорания.


Здесь обнаруживается ещё один важный эффект. Часть тепловой энергии потока, работающей на вращение турбины, в виде механической работы идёт в основном на сжатие воздуха, и лишь незначительная её доля тратится на поддержание энергетики самолёта и преодоление трения в опорах. Если взять механическую работу, которая идёт на повышение температуры сжимаемого воздуха, то она также не пропадает и не рассеивается в окружающую среду, а переносится испарившимся топливом на турбинные лопатки, где входит составной частью в энергию, превращающуюся в механическую работу сжатия воздуха. Получается как бы замкнутый круг.


Возникает такая термодинамическая система, у которой часть тепловой энергии постоянно циркулирует внутри неё самой и не уносится в окружающую среду. А освободившееся эквивалентное количество энергии газового потока дополнительно идёт на работу расширения в реактивном сопле, значительно увеличивая тягу двигателя по сравнению с известными силовыми установками.


По-иному происходит в новом двигателе и переход с одного режима на другой. В воздушный поток зоны сжатия предлагается подавать топливо, не меняя положение впускного клапана.


При запуске двигателя топливо подаётся циклически небольшими порциями (прерывисто), а в режиме разгона продолжительность циклов подачи постепенно увеличивается, и система питания плавно переходит на непрерывный режим подачи топлива. Аналогично, но в обратной последовательности двигатель выводится из стационарного режима.


В таких условиях на всех режимах работы двигателя коэффициент избытка воздуха α в топливовоздушной смеси всегда будет оптимальным.


В режиме разгона двигателя влияние частоты вращения ротора на величину тяги сохраняется, так как компрессор ещё не создаёт расчётной степени сжатия воздуха. Поэтому вначале целесообразно применять минимальную продолжительность подачи топлива, но с большей частотой. По мере возрастания частоты вращения продолжительность подачи топлива увеличивают, а частоту впрысков снижают. Этот режим работы предназначен не для полёта, а только для разгона двигателя на земле.


Постепенно температура в критическом сечении и в зоне расширения растёт. Мощность, передаваемая ротору турбинными лопатками, становится настолько большой, что дальнейшее повышение давления и температуры воздуха может привести к самовоспламенению топливовоздушной смеси в зоне сжатия и вызвать помпаж.


Чтобы стабилизировать мощность турбины, предлагается техническое решение, способное удержать частоту вращения ротора на расчётном уровне, а теплонапряжённость газового потока продолжать наращивать, повышая температуру газовой струи до стехиометрической. Оно состоит в том, чтобы раскрыть сопловой аппарат после достижения максимально допустимого числа оборотов ротора на земле.


Это можно сделать, поворачивая лопатки соплового аппарата так, чтобы уменьшить угол входа газового потока на лопатки турбины, то есть направить его по касательной к ним.


Казалось бы, частота вращения ротора должна упасть, однако уменьшение угла входа потока на рабочие лопатки компенсируется ростом температуры потока и возрастанием его теплонапряжённости. В результате частота вращения ротора двигателя остаётся неизменной (на расчётном уровне), а мощность газовой струи, выбрасываемой из сопла, увеличивается.


Во время полёта с увеличением высоты плотность и давление атмосферного воздуха падают, что неизбежно сказывается на величине давления в зоне сжатия. В существующих ТРД это приводит к падению коэффициента избытка воздуха α, ухудшению экономичности и снижению мощности двигателя.


В новом двигателе с подъёмом достаточно частично закрыть сопловой аппарат, увеличивая угол входа газового потока на рабочие лопатки турбины, таким образом увеличивая частоту вращения ротора пропорционально падению давления воздуха в атмосфере. На больших высотах температура воздуха существенно ниже, чем около земли, поэтому увеличение частоты вращения ротора не приведёт к самовоспламенению топливовоздушной смеси в зоне сжатия и возникновению помпажа.


Во время снижения самолёта, когда давление атмосферного воздуха вновь возрастает, сопловой аппарат раскрывают, и в результате частота вращения ротора уменьшается до максимально допустимой у поверхности земли. Одним словом, с изменением высоты полёта частоту вращения автоматически меняют обратно пропорционально давлению в зоне сжатия при постоянной подаче топлива.


Очень важно: частоту вращения ротора меняют не для увеличения или уменьшения тяги, а только для сохранения расчётного соотношения топлива и воздуха в смеси!


Пришло время поговорить о системе охлаждения. В её основу положен самый распространённый и наиболее простой способ конвективного охлаждения. В классическом двигателе охлаждающий воздух по пути следования принимает участие в охлаждении многих узлов и деталей, аккумулируя теплоту, и лишь в последнюю очередь поступает во внутренние полости турбинных лопаток с уже высокой температурой и низкой охлаждающей способностью.


Конструктивное оформление системы охлаждения нового двигателя предусматривает отбор необходимого количества воздуха из зоны сжатия перед местом впрыска топлива. Охлаждающий воздух идёт двумя потоками — через каналы в корпусе и через внутреннюю полость ротора. Воздух непосредственно подают внутрь лопаток турбины и соплового аппарата, не заставляя его охлаждать другие узлы и детали. Это позволяет продуть сквозь внутренние полости лопаток необходимое количество воздуха с низкой температурой.


Расчёты показывают, что площадь внутренней охлаждаемой поверхности лопатки должна быть в 2,6 раза больше её рабочей наружной площади. При этом на охлаждение потребуется 25% от поступающего в двигатель атмосферного воздуха, а 75% пойдёт на создание топливовоздушной смеси (сравните с нынешними ТРД, где соотношение диаметрально противоположное, см. с. 49).


Воздушные потоки, выходя из внутренних полостей сопловых и рабочих турбинных лопаток в проточную часть двигателя, образуют внутреннюю и внешнюю теплоизолирующие воздушные прослойки (предохраняя корпус и ротор от разрушающего теплового воздействия) и через реактивное сопло вместе с газовым потоком выбрасываются в атмосферу.


Самолёт, оснащённый новым ТРД, будет способен на крейсерском режиме развивать гиперзвуковые скорости с числом Маха М = 3–4. Процесс его изготовления проще и дешевле, чем ныне существующих, поскольку в нём отсутствуют многие узлы, без которых не построишь обычный ТРД.

Комментарии к статье

* Коэффициент избытка воздуха — это отношение действительного количества воздуха в горючей смеси к теоретически необходимому для её полного сгорания.

Как работают авиационные двигатели?

Назад к ресурсам

Современные самолеты приводятся в движение газотурбинными двигателями, которые пропускают воздух через ряд стадий, где он сжимается, воспламеняется и выбрасывается. Этот процесс создает выхлоп высокого давления, который используется для приведения в движение вращающихся частей двигателя и создания тяги.

Опубликовано: 30 августа 2017 г.
Автор: ehoffman

Работает на воздухе

Airbus A380 — самый большой в мире пассажирский самолет

Для взлета и полета самолетам требуется огромная мощность двигателя. Полностью загруженный Airbus A380 — самый большой пассажирский самолет в эксплуатации — может весить более 500 тонн на взлете, для чего требуется четыре массивных двигателя, которые вместе создают тягу в 300 000 фунтов.
Двигатели должны разгонять самолет достаточно быстро, чтобы создать достаточную подъемную силу для преодоления силы тяжести. Но в отличие от наземных транспортных средств, которые толкают землю с помощью приводных колес, самолеты создают тягу с помощью винтов или двигателей, которые толкают воздух.
Газотурбинные двигатели заполнены аэродинамическими профилями или «лопастями» различных размеров, прикрепленными к вращающейся оси. Лопасти перемещают воздух через различные ступени двигателя, сжимая и расширяя газ, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.

Как выглядит газотурбинный двигатель?

Ниже приведена схема типичного газотурбинного двигателя. Воздухозаборник слева часто сопровождается большим вентилятором для увеличения всасывания. Затем воздух сжимается до меньшего объема перед тем, как смешаться с топливом в камере сгорания. Смесь воспламеняется искрой или пламенем, и горячий газ проходит через турбину, которая вращается для питания компрессора и вентилятора. Затем выхлоп высокого давления выходит из задней части двигателя, создавая тягу и толкая самолет вперед. Ступени газовой турбины более подробно описаны ниже.

Схема газотурбинного двигателя

Ступени газотурбинного реактивного двигателя

Большой впускной вентилятор

Вентилятор:  Вентилятор расположен в передней части двигателя и является основным воздухозаборником. Большие вращающиеся лопасти всасывают огромное количество воздуха, ускоряя газ и разделяя его на два отдельных потока. Часть воздуха направляется в заднюю часть двигателя для создания тяги, а остальная часть направляется в ядро ​​​​двигателя, где поступает на следующую ступень.
Компрессор:  Компрессор сжимает воздух, всасываемый лопастями вентилятора, сжимая его до меньшего объема и повышая давление. Секция компрессора имеет несколько рядов лопастей, которые нагнетают воздух во все более мелкие каналы. Сжатие воздуха увеличивает потенциальную энергию и концентрирует молекулы кислорода для более эффективного сгорания на следующем этапе.
Камера сгорания:  Камера сгорания подает топливо в сжатый воздух и воспламеняет смесь, создавая расширяющийся газ под высоким давлением. Это самая горячая часть двигателя, где энергия высвобождается при сгорании топлива, а температура может достигать 2000 градусов по Фаренгейту. Камера сгорания снабжена форсунками для впрыска топлива и воспламенителем, чтобы вызвать реакцию. После воспламенения постоянный поток топлива обеспечивает поддержание горения, а расширяющийся газ направляется вниз по потоку в секцию турбины.

Этот вид внутри реактивного двигателя показывает секции компрессора, камеры сгорания и турбины.

Турбина: Секция турбины представляет собой еще один набор вращающихся лопастей, которые приводятся в движение воздухом под высоким давлением, выходящим из камеры сгорания. Лопасти турбины ловят быстрый воздушный поток и вращаются, приводя в движение вращающийся вал, который вращает вентилятор и компрессор в передней части двигателя. Турбина по существу питает остальную часть двигателя, используя энергию камеры сгорания для поддержания постоянного впуска и сжатия воздуха. Воздух, проходящий через турбину, теряет энергию на вращающиеся лопасти, но то, что остается, перемещается в последнюю ступень выхлопа двигателя, где он выбрасывается для создания тяги.

Истребитель с форсажной камерой

Сопло: Сопло представляет собой конусообразный канал в задней части двигателя. Здесь воздушный поток от ядра двигателя и перепускаемый воздух из секции вентилятора выбрасываются для создания тяги. Сопло двигателя обычно сужается для ускорения выходящего газа, а воздух, выходящий из сопла, воздействует на двигатель с такой силой, которая толкает самолет вперед.
В некоторых двигателях используется форсажная камера для создания дополнительной тяги. Форсажная камера впрыскивает больше топлива и воспламеняет смесь после того, как она прошла через турбину. Этот процесс значительно увеличивает скорость воздуха, выходящего из сопла, но потребляет избыточное топливо и используется только в течение коротких периодов времени на специализированных военных самолетах.

Как работает реактивный двигатель – Резюме видео

Вот забавное видео, созданное CFM International, в котором анимированные частицы воздуха прослеживаются на каждой ступени турбовентиляторного двигателя с большим двухконтуром.

Улучшение аэродинамического профиля

Один реактивный двигатель может иметь сотни лопастей в секциях вентилятора, компрессора и турбины. Эти лопасти различаются по размеру, форме и составу материала, но все они выполняют важные функции в работе двигателя. Учитывая экстремальные силы и температуры, присутствующие в газотурбинном двигателе, методы улучшения качества металла, такие как лазерная наплавка, имеют жизненно важное значение для безопасности и производительности двигателя и его компонентов.

Лопасти вентилятора бомбардировщика B-1 обработаны лазером для обеспечения устойчивости к ППП

Устойчивость к ППП: Повреждение посторонними предметами (ППП) представляет серьезную опасность для авиационных двигателей. Мощное всасывание, создаваемое вентилятором и компрессором, может затягивать твердые предметы, такие как куски льда или обломки взлетно-посадочной полосы, потенциально повреждая компоненты двигателя. Лазерная наплавка обеспечивает непревзойденную устойчивость к FOD и, как было показано, значительно предотвращает растрескивание и разрушение, связанные с FOD, в титановых лопастях вентилятора. Лазерная наплавка применялась более 20 лет для защиты важнейших компонентов двигателя бомбардировщика B-1.
Предотвращение усталостного растрескивания: Усталостное растрескивание является еще одной серьезной опасностью для лопаток авиационных двигателей. Поскольку компоненты вращаются с высокой скоростью, каждое лезвие испытывает растягивающее напряжение, которое повторяется в течение миллионов циклов. Если в металле развивается трещина, даже в микроскопическом масштабе, повторяющееся нагружение каждого цикла может постепенно расширять трещину, пока она не станет настолько большой, что лезвие сломается. Лазерная наплавка часто применяется к лопастям вентиляторов, компрессоров и турбин в местах, подверженных растрескиванию и усталости. Глубокие сжимающие остаточные напряжения, создаваемые лазерной наклепом, препятствуют зарождению и распространению трещин, продлевая срок службы лопаток и предотвращая неожиданные поломки.
На следующей неделе мы обсудим различные типы авиационных двигателей: от турбовентиляторных и турбовинтовых до прямоточных и ГПВРД.
Подпишитесь на нас в LinkedIn, чтобы не пропустить ни одной статьи или блога.
Свяжитесь с LSPT, чтобы узнать больше о лазерной обработке компонентов газотурбинного двигателя.

Назад к ресурсам

Хотите увидеть больше?

Расскажите нам о своем применении, материале или механизме отказа, и один из наших экспертов свяжется с вами. Наша обширная библиотека исследований и многолетний опыт дают нам уникальное преимущество в применении анализа конечных элементов, чтобы помочь диагностировать наилучшее приложение для вашей ситуации.

Контактная форма

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Как работает реактивный двигатель?

Как работает реактивный двигатель?

Гораздо эффективнее, чем раньше. Читайте дальше…

Джейсон М. Рубин

Реактивные двигатели создают тягу вперед, всасывая большое количество воздуха и выпуская его в виде высокоскоростной струи газа. Их конструкция позволяет самолетам летать быстрее и дальше по сравнению с винтовыми самолетами. Их разработка и усовершенствование за последние 65 лет сделали коммерческие авиаперевозки более практичными и прибыльными, открыв мир для деловых путешественников и туристов.

«Обычный реактивный двигатель — это газовая турбина, — говорит Джефф Дефо, научный сотрудник Лаборатории газовых турбин Массачусетского технологического института. «В простейшем случае он состоит из компрессора с лопастями, похожими на крылья, которые вращаются очень быстро. Это втягивает воздух и сжимает его, превращая его в газ под высоким давлением. Затем топливо впрыскивается в газ и воспламеняется. Это делает газ одновременно и высокого давления, и высокой температуры».

Этот горящий поток газа под высоким давлением и высокой температурой теперь проходит через турбину — по сути, еще один набор лопастей, — который извлекает энергию из газа, снижая давление и температуру. «Турбина всасывает газ через двигатель и выходит через сопло, которое заметно увеличивает скорость за счет давления — давление уменьшается, а скорость увеличивается», — говорит Дефо. «Именно сила выброса газа обеспечивает тягу для движения самолета вперед».

Помимо аспектов сжатия/воспламенения топлива/турбинной мощности реактивного двигателя, оболочка вокруг него также делает его более эффективным, чем открытый пропеллерный двигатель. «Вне оболочки пропеллер «видит» приближающийся к нему воздух с любой скоростью, с которой движется самолет», — говорит Дефо. «Это ограничивает скорость вращения винта до того, как величина результирующей тяги уменьшится, ограничивая скорость полета самолета. Поскольку оболочка реактивного двигателя поддерживает движение воздуха, поступающего в двигатель, с почти одинаковой скоростью независимо от скорости полета, самолет может летать быстрее».

В наши дни реактивные двигатели даже более совершенны, чем базовая конструкция турбины, описанная выше. Теперь у них огромные вентиляторы спереди, и вместо того, чтобы выбрасывать газ прямо сзади, он проходит через вторую турбину, которая питает вентилятор спереди. В то время как старые реактивные двигатели потребляли меньшее количество воздуха и значительно ускоряли его, новые реактивные двигатели поглощали больше воздуха и немного ускоряли его.

Новый российский космический двигатель: ВЗГЛЯД / Россия создает новые двигатели для перемещения в космосе :: Общество

ВЗГЛЯД / Россия создает новые двигатели для перемещения в космосе :: Общество






6 ноября, воскресенье  |  Последнее обновление — 11:14  |  vz.ru


Разделы




Егор Алеев/ТАСС

Во Франции заявили, что якобы нашли хитрый способ, как заставить Россию продавать свою нефть в рамках потолка цен. Однако их предложение выглядит странной уловкой, на которую Москва вряд ли согласится. Однако у Европы, на самом деле, есть возможности сделать шаг назад, чтобы и отказаться от введения эмбарго на российскую нефть, и при этом сохранить лицо и объемы топлива, избежав массовых протестов. Каким образом? Подробности…


  • Reuters: Россия призвала Запад снять санкции с Россельхозбанка



  • ЕС оценил вероятность возвращения к российским энергоресурсам



  • В России оценили газовый «подарок» британского премьера



Перейти в раздел…


Vesa Moilanen/AP/ТАСС

После вступления Финляндии и Швеции в НАТО на территории этих стран могут появиться не только американские солдаты и американские военные базы, но и ядерное оружие, скорее всего, тоже американское. Тем самым жители Северной Европы обрекают себя и своих детей на довольно незавидную участь, поскольку Россия не сможет оставить такой шаг без реакции. Подробности…


  • Эксперт призвал страны «ядерной пятерки» сократить вооружения



  • Трамп усомнился в способности США просуществовать два года



  • В Китае назвали ложь Байдена, в которую не поверили даже американцы



Перейти в раздел…


Ольга Андреева

«За этим разделением и конфликтом стоят надгосударственные и бесконечно жестокие силы… для которых что афганцы, что корейцы, что украинцы – абсолютно все равно». Такими словами председатель Патриаршего совета по культуре митрополит Тихон (Шевкунов), описал газете ВЗГЛЯД одну из идей выставки «Украина. На переломах эпох», открывающейся в Москве. Подробности…


  • В России за сутки госпитализировали 457 человек с коронавирусом



  • ЧВК «Вагнер» решила основать центры подготовки ополченцев в двух регионах России



  • В Одессе установили ограждение вокруг памятника Екатерине II



Перейти в раздел…


REUTERS/Dylan Martinez

Шведская эко-активиста Грета Тунберг призвала армию своих сторонников к свержению мировой капиталистической системы и действующих элит, ею порожденных. Это может выглядеть привлекательной трансформацией, если смотреть на Тунберг из тех стран, которые противостоят политическому Западу. Но Запад натравит «Ленина в юбке» прежде всего на Восток. Подробности…


  • Британцы взорвали голову и сожгли чучело Лиз Трасс



  • Экс-посол Украины Мельник нахамил лидеру фракции в Бундестаге



  • Япония вызвалась решить американскую проблему с чипами



Перейти в раздел…


МЧС РФ

В результате пожара в костромском кафе-клубе «Полигон» погибли 13 человек, 250 посетителей были эвакуированы. Причиной возгорания, вероятно, стал выстрел из охотничьей ракетницы в ходе массовой драки. Крыша заведения полностью обрушилась. Несколько эвакуационных выходов были заперты, что спровоцировало давку. При пожаре в кемеровском ТЦ «Зимняя вишня» весной 2018 года сложности со спасением людей тоже возникли из-за закрытых выходов. Подробности…


  • Жертвами ДТП с грузовиком в Башкирии стали четыре человека



  • Опознаны 12 погибших при пожаре в ресторане «Полигон» в Костроме



  • Эвакуационные выходы во время пожара в ресторане в Костроме были заперты



Перейти в раздел…


Теракт на «Северных потоках» может подорвать нынешнюю Европу
Глеб Простаков, бизнес-аналитик



Выяснение обстоятельств подрыва «Северных потоков» может стать настоящим расследованием века. Оно же может послужить спусковым крючком, который выпустит наружу все накопившиеся внутри Европы противоречия.
Подробности…


Обсуждение:

5 комментариев


Чем жестче на Россию давить, тем более сплоченной она становится
Ирина Алкснис, обозреватель РИА «Новости»



Народное единство для России является ключевым, самым важным фактором ее существования. Причем даже не государства, а народа и страны. Народное единство – залог нашего выживания в самом буквальном смысле этого слова.
Подробности…


Обсуждение:

16 комментариев


Англичанка продолжает усердно гадить
Тимофей Бордачёв, Программный директор клуба «Валдай»



Британская внешняя политика является одной из наиболее беспримесных в своей эгоистичности. А для России это становится дополнительным раздражающим фактором.
Подробности…


Обсуждение:

15 комментариев


  • Украинцев возмутило новогоднее обращение Зеленского



  • По факту нападения на росгвардейцев на незаконной акции в Москве возбуждены новые дела



  • Глава ВЦИОМ назвал россиян «тоскующими индивидуалистами»



Перейти в раздел…


Грета Тунберг свергает капитализм


Обсуждение:

8 комментариев


    Перейти в раздел…










    Британцы сожгут гигантское чучело экс-премьер-министра Лиз Трасс в Ночь Гая Фокса

    Чучело бывшего премьер-министра Великобритании Лиз Трасс будет сожжено в субботу во время традиционного в стране празднования ночи костров, также известной как Ночь Гая Фокса. Трасс проработала на своем посту всего 44 дня, став первым политиком, который так мало продержался на этой должности

    Подробности. ..










    В Сочи выбрали «Красу России – 2022»

    В Сочи прошел финал конкурса «Краса России – 2022». На корону победительницы претендовала 51 участница из разных регионов страны. Главная награда досталась 19-летней Дарье Луконькиной из Нижнего Новгорода. Девушка получит возможность представить Россию на международном конкурсе «Мисс Земля – 2023»

    Подробности…










    Как россияне следили за солнечным затмением

    Во вторник днем жители России, а также Азии, Африки, Ближнего Востока наблюдали частное солнечное затмение – поверхность Солнца закрывалась не полностью, а примерно на 80%. На фото: затмение и кресты Благовещенского собора Казанского кремля

    Подробности…


      Перейти в раздел…


      Первый передвижной клуб культуры появился в Подмосковье

      Первый многофункциональный передвижной культурный центр появился в Домодедово в Московской области Подмосковье, в нем есть все необходимое для концертов и кинопоказов: сцена, полный набор световой и звуковой мультимедийной аппаратуры.

      Подробности…

      21:02

      собственная новость









      Центр реставрации книг решили создать в Кирове

      Перспективы создания на базе библиотеки имени А. И. Герцена регионального центра реставрации книг обсудила министр культуры России Ольга Любимова с главой Кировской области Александром Соколовым.

      Подробности…

      20:39

      собственная новость


      В Тверской области запланировали торжества в честь 350-летия Петра I

      Мероприятия в честь 350-летия со дня рождения Петра I в 2022 году вошли в перечень культурного развития Верхневолжья, сообщили в правительстве Тверской области, где рассмотрели реализацию национального проекта «Культура».

      Подробности…


        Перейти в раздел…




        Стал ли праздник 4 ноября для вас более значимым за последние годы?

        • Да


        • Нет


        • Затрудняюсь ответить





        Как вы оцениваете риск начала конфликта с применением ядерного оружия в ближайшее время?

        • Очень высокий


        • Высокий


        • Умеренный


        • Низкий


        • Очень низкий





        Какое сейчас самое тревожное направление на фронтах СВО?

        • Донбасское


        • Запорожское


        • Харьковское


        • Херсонское



          Перейти в раздел…

          НОВОСТЬ ЧАСА:Трамп усомнился в способности США просуществовать два года











          		  



          Какое место сегодня, спустя 61 год после запуска человека в космос, занимает Россия с точки зрения космических достижений? На фоне успехов Илона Маска может показаться, что уже не настолько значительное. Однако одна не замеченная новость последних дней доказывает обратное. О чем идет речь и какие преимущества это даст российским космическим спутникам?

          Сухая новость звучит так – российские ученые намерены к 2024 году завершить разработку безэлектродных плазменных ракетных двигателей (БПРД) для освоения космического пространства. Разработками занимается сразу несколько исследовательских групп, среди которых ГНЦ РФ ТРИНИТИ, ГНЦ «Центр Келдыша» и НИЦ «Курчатовский институт». Предполагается создание ионных и плазменных двигателей разной мощности, вплоть до 100 киловатт.

          Такие новости почему-то всегда проходят без внимания. Иное дело химические ракетные двигатели для ракет-носителей – грохот, мощь, считанные минуты работы на пути от Земли до космоса. А плазменные ракетные двигатели с их незначительной мощностью вообще не впечатляют. Да и вообще не совсем понятно, где они применяются и зачем?

          Однако для современных космических аппаратов выход в открытый космос – только самое начало работы. Даже так, до «места работы» еще придется добираться – в современном мире для уменьшения расходов на запуск космические аппараты запускают пакетами, по несколько штук за один старт. Причем такие пакеты могут достигать нескольких десятков спутников.

          Выводятся они при этом не в нужную точку, а на некую «среднюю» орбиту – иначе получается слишком много требуемых орбит. Поэтому каждый аппарат должен самостоятельно добраться до требуемой орбиты. И для этого как раз и нужны особые двигатели, эффективно и долго работающие в открытом космосе.

          Химические двигатели для работы в космосе неоптимальны. Во-первых, они слишком быстро расходуют топливо, да и масса топлива и самого двигателя достаточно велика. Во-вторых, их общее время работы обычно не превышает десятков минут. Наконец, использование несимметричного диметилгидразина (гептила) рядом с нежной электроникой требует дополнительной защиты, а это снова увеличение размеров и массы.

          Для работы на орбите большинство космических аппаратов использует электрические электростатические ракетные двигатели, ускорение частиц рабочего тела в которых осуществляется в электростатическом поле.

          Разберемся по порядку. Ракетными двигателями называются все реактивные двигатели, которые не используют ни энергию, ни рабочее тело из окружающей среды. А электрический ракетный двигатель – это двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. Ну и частным случаем электрических двигателей являются электростатические двигатели.

          Их основной принцип работы в создании электростатического поля, которое и ускоряет движение частиц рабочего тела, создавая кинетическую энергию. Есть два основных вида таких двигателя – ионные и плазменные. Оба двигателя схожи по принципу работы – они используют рабочее тело (как правило, на основе ксенона), частицы которого разгоняются электрическим полем или в квазинейтральной плазме. Частицы ксенона при этом набирают очень высокий удельный импульс – до нескольких десятков километров в секунду.

          В чем особенность таких двигателей – они очень экономно расходуют рабочее тело. Их масса вместе с запасом рабочего тела составляет от 300 граммов до нескольких килограммов. При этом они могут работать сотни и тысячи часов, в отличие от химических двигателей.

          Да, при этом у них очень небольшая тяга, и на Земле такой двигатель просто нельзя было бы использовать. Но в космосе, когда не требуется быстрое ускорение, электростатические двигатели очень удобны. С их помощью можно достичь нужной орбиты, обеспечить точное позиционирование или даже набрать скорость для дальних межпланетных миссий.

          С межпланетными полетами лучше справляются ионные двигатели, у них гораздо выше удельный импульс. А плазменные двигатели отлично работают на космических аппаратах на орбите Земли. К слову, все спутники OneWeb используют плазменные двигатели производства ОКБ «Факел» – спутники выводятся пакетом, а чтобы занять свое место на орбите, им требуется использовать как раз подобные двигатели.

          Если плазменные двигатели уже работают и используются – зачем тогда создавать новые? Все дело в том, что технология электростатических ракетных двигателей постоянно совершенствуется. Двигатели создаются все более мощные, ведется работа над увеличением КПД, временем безаварийной работы, которое удалось поднять до нескольких тысяч часов.

          Создание же мощных двигателей позволит обеспечить движение космических аппаратов и более эффективное изменение орбиты. Как говорит заместитель начальника комплекса НИЦ «Курчатовский институт» Сергей Коробцев: «Обеспечивая длительное крейсирование в околоземном пространстве, мощные БПРД позволят разработать космические системы связи и управления, сделают возможным перехват космического мусора и астероидов, позволят организовать транспортные потоки между космическими объектами».

          В первую очередь это полезно для космических аппаратов двойного назначения. Работа спутников-инспекторов или спутников-перехватчиков может быть эффективной, только если космический аппарат обладает достаточными возможностями для смены орбиты, маневрирования в космосе и даже смены орбиты или сведения космического аппарата противника. Для таких аппаратов новые двигатели просто необходимы.

          Отдельно можно вспомнить и российский проект межпланетного ядерного буксира «Зевс» с ЯЭДУ – ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного класса. Если упрощать, то суть «Зевса» в наличии на борту ядерного реактора для выделения тепла, генераторов для превращения тепловой энергии в электрическую и большого количества электрических электростатических ракетных двигателей, которые и являются движителями в этой конструкции. От их мощности и удельного импульса и будет зависеть эффективность всей системы. А это возможность в будущем совершать многократные полеты с орбиты Земли на Луну и обратно, создание марсианских и других межпланетных миссий.

          И это все обеспечивают те самые ионные и плазменные двигатели. Вот в итоге и получается, что за внешне незначительной новостью на самом деле стоят очень серьезные и нужные перспективы развития российской космонавтики. И что Россия не только самостоятельно создает и производит такие двигатели для космических аппаратов, но и постоянно усовершенствует их и во многом занимает лидерские позиции в мире.





          Новости СМИ2

          Подписывайтесь на ВЗГЛЯД в

           


 

 

Новости СМИ2

 

 

Новости СМИ2

 

О газете  |  Вакансии  |  Реклама на сайте

В России к 2024 году намерены разработать космический плазменный двигатель

5 апреля, 08:27

МОСКВА, 5 апреля. /ТАСС/. Российские ученые намерены к 2024 году завершить разработку плазменных ракетных двигателей для освоения космического пространства. Об этом говорится в распространенном во вторник сообщении научного дивизиона госкорпорации «Росатом».

Обсуждение проектов ракетных плазменных двигателей проходило в ходе научного семинара «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии». Участники семинара обсудили ход выполняемых исследований и перспективы создания плазменных ракетных двигателей с улучшенными характеристиками. Работы по этому направлению включены в третий федеральный проект комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года» (РТТН).

«Разработку прототипа плазменного ракетного двигателя в ГНЦ РФ ТРИНИТИ (предприятие Росатома — ТАСС) планируем завершить в 2024 году. На данный момент на квазистационарном плазменном ускорителе продемонстрирован удельный импульс выше 100 км/с для водородной плазмы в режиме однократных импульсов, что позволяет достигнуть целевых показателей прототипа при переходе в частотный режим работы и иметь тяговую мощность в 300 кВт при КПД выше 55%», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта в ТРИНИТИ Константина Гуторова, представившего концепцию создания плазменного ракетного двигателя с повышенными параметрами тяги.

Александр Ловцов, начальник отдела ГНЦ «Центр Келдыша», рассказал о разработке модулей электрореактивного ракетного аппарата на базе холловского и ионного двигателей нового поколения. «На данный момент нами разработан эскизный проект на модуль электрореактивного ракетного двигателя максимальной мощностью 250 кВт, который включает четыре холловских двигателя номинальной мощностью 50 кВт и максимальной мощностью 65 кВт. Разработаны, изготовлены и испытаны макеты ключевых элементов этого модуля. К 2024 году мы планируем завершить его изготовление и приступить к испытаниям», — поделился результатом проделанной работы представитель Центра Келдыша.

В НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывается мощный безэлектродный плазменный ракетный двигатель (БПРД). По словам заместителя начальника комплекса НИЦ Сергея Коробцева, разработка макета прототипа БПРД мощностью 100 кВт будет завершена уже в 2022 году, а далее на модернизированном стенде Е-1 будут исследоваться его основные характеристики. Среди основных преимуществ БПРД ученый выделил увеличение ресурса из-за отсутствия электродов, практически полное использование рабочего тела (газа), оперативное (без конструкционных изменений) регулирование в широком диапазоне отношения тяга-удельный импульс. «Обеспечивая длительное крейсирование в околоземном пространстве, мощные БПРД позволят разработать космические системы связи и управления, сделают возможным перехват космического мусора и астероидов, позволят организовать транспортные потоки между космическими объектами», — рассказал Сергей Коробцев. 

Теги:

Россия

США вытесняют российские ракетные двигатели на обочину

Атлас V стартует для миссии Космических сил США-12.

United Launch Alliance photo

Соединенные Штаты, полагавшиеся с начала 2000-х годов на ракетные двигатели российского производства для запусков в целях национальной безопасности, готовятся к запуску двигателей нового поколения, произведенных в их пределах.

United Launch Alliance — совместное предприятие Lockheed Martin и Boeing — и SpaceX Илона Маска готовятся к первой партии запусков в целях национальной безопасности, предоставленных компаниям в 2020 году. Будет проведено более 30 запусков между Vulcan Centaur ULA и Falcon 9 компании SpaceXи Falcon Heavy с 2022 по 2027 финансовый год в рамках второго этапа программы запуска космических аппаратов национальной безопасности, или NSSL.

Предстоящие запуски позволят Соединенным Штатам отказаться от РД-180 российского производства — двигателя первой ступени, используемого для запуска ракеты ULA Atlas V.

Двигатель РД-180 — двухкамерный двухсопловой двигатель, разработанный и изготовленный российской компанией Энергомаш. По словам Криса Стоуна, старшего научного сотрудника по космическим исследованиям в Институте аэрокосмических исследований Митчелла, двигатель работает на смеси керосина и жидкого кислорода, чтобы обеспечить достаточную тягу для начальной фазы полета.

С помощью РД-180 ракета-носитель Atlas V осуществила десятки запусков космических аппаратов национальной безопасности США, включая военные, шпионские спутники и спутники GPS, а также коммерческие запуски. Atlas V был предпочтительным транспортным средством для Министерства обороны в течение почти двух десятилетий, наряду с семейством ракет ULA Delta IV.

Обе ракеты дали Соединенным Штатам «гарантированный доступ в космос», политика, которая обеспечивает возможности, необходимые для запуска и вывода на орбиту полезных грузов национальной безопасности США, заявил президент и главный исполнительный директор ULA Тори Бруно.

«Изначально мы были настроены так, чтобы иметь две резервные системы, по крайней мере, для правительства, потому что мы были единственной отечественной пусковой компанией», — сказал Бруно в интервью National Defense. «Что, если ваша площадка выйдет из строя или в одной из ракет есть изъян? У тебя всегда должно быть два пути».

Несмотря на почти идеальную скорость запуска Atlas V, вторжение России в Украину в 2014 году и аннексия Крыма вызвали призывы американских законодателей отказаться от использования РД-180 и создать новый двигатель для Atlas V на территории США — задача «Легче сказать, чем сделать», — сказал Стоун.

«Идея была такова: «Давайте просто разработаем новый двигатель, который можно было бы вставить в заднюю часть Atlas V», но это не так, — сказал Стоун. «Это не самолет, из которого можно вытащить двигатель и вставить новый. Вы в основном строите двигатель и проектируете все вокруг него».

Кроме того, РД-180 имеет конструкцию, которую американские производители ракетных двигателей не смогли воспроизвести, добавил он. По его словам, это включает в себя уникальную металлическую смесь для стенок его камеры сгорания, которая предотвращает растрескивание во время запуска.

Понимая потребность в новых ракетах-носителях и двигателях, Центр космических и ракетных систем при Национальном разведывательном управлении в 2019 году опубликовал запрос предложений на получение двух внутренних контрактов на услуги по запуску в рамках новой программы космических запусков национальной безопасности, согласно Отчет Исследовательской службы Конгресса под названием «Учебник по обороне: космический запуск национальной безопасности».

Год спустя ULA и SpaceX были объявлены победителями двух контрактов, опередив Northrop Grumman и Blue Origin, говорится в отчете. ULA покроет 60 процентов миссий, заказанных Командованием космических систем, а SpaceX возьмет на себя остальные.

Решение о разработке новой ракеты и двигателя было подтверждено после полномасштабного вторжения России в Украину в феврале, когда Москва официально объявила о прекращении всех продаж и поддержки РД-180 в США в ответ на введенные санкции на страну.

«Мы смогли сказать: „Ну и что? Нам больше не нужны ваши вонючие двигатели», — сказал Стоун.

Поэтапно отказываясь от оставшихся ракет Atlas V и уже закупленных РД-180, ULA будет использовать свою новую тяжелую ракету-носитель Vulcan Centaur для предстоящих заданий. По словам Бруно, разработка ракеты ведется с 2014 года, и смещение акцента компании с двух ракет на одну позволило ей снизить затраты.

«Вулкан» имеет ту же одноядерную конструкцию, что и «Атлас-5», с возможностью добавления до шести твердотопливных ракетных ускорителей, но он намного крупнее, так что его грузоподъемность больше, чем у «Дельты-4», сказал он. Твердотопливные ракетные ускорители используются для обеспечения тяги от начального взлета до первого подъема.

«Тот факт, что это одноядерная тяжелая [ракета], делает эту тяжелую миссию — которую сегодня выполняет только Delta IV Heavy — действительно недорогой. Это примерно треть, даже ближе к четверти стоимости», — сказал Бруно. Delta IV Heavy — самая мощная ракета в парке ULA, она доставила на орбиту ряд крупных полезных грузов Национального разведывательного управления.

Старт первой ступени Vulcan будет оснащен парой двигателей BE-4 производства Blue Origin. ULA заключила партнерское соглашение с Blue Origin в 2014 году для совместного финансирования разработки двигателя, который также будет использоваться в ракете Blue Origin New Glenn, которую компания представила для участия во втором этапе конкурса.

В качестве основного двигателя ракеты-носителя в качестве топлива используется жидкий метан — еще одно отличие от РД-180, работающего на керосине, отметил Бруно.

Но прежде чем Vulcan сможет начать запуск полезной нагрузки национальной безопасности, он должен выполнить две успешные коммерческие миссии, чтобы получить сертификат — процесс, который был отложен из-за задержек с двигателем BE-4.

Бруно сказал, что ожидались некоторые задержки, учитывая как меньший штат сотрудников Blue Origin, когда ULA впервые решила использовать BE-4, так и сложный процесс создания ракетного двигателя с нуля.

ULA тесно сотрудничала с Blue Origin, а также перестраивала разработку Vulcan для размещения BE-4, сказал он.

«Вещи, которые мы могли бы сделать шаг за шагом… мы делаем это параллельно», — объяснил он. «Вы можете пойти на небольшой дополнительный риск в отношении нашей разработки, если нам придется вернуться назад и что-то изменить, потому что движок получился немного другим, но это управляемый риск».

Почти готовы первые два лётных двигателя БЕ-4. По его словам, после завершения они пройдут сертификационные испытания. Из того, что он видел до сих пор в конфигурациях производительности BE-4, Бруно сказал, что он «очень доволен двигателем».

«Вулкан» будет сразу же приступать к сертификационным запускам, минуя любые испытательные полеты, отметил он. Первый полет ракеты будет нести полезную нагрузку лунного посадочного модуля Peregrine от Astrobotic Technology для программы NASA Commercial Lunar Payload Services, и в настоящее время она готовится к запуску «к концу этого года», сказал он.

В мае Командование космических систем поручило ULA и Vulcan провести первые пять миссий по обеспечению национальной безопасности в рамках второй фазы запуска космических аппаратов национальной безопасности. Хотя конкретных сроков запусков не было объявлено, ожидается, что они состоятся в течение следующих двух лет. Согласно пресс-релизу Командования космических систем.

SpaceX получила от Командования космических систем три миссии в качестве первой части контракта. Компания планирует использовать свои ракеты Falcon 9 и Falcon Heavy, обе из которых оснащены собственным семейством двигателей Merlin на керосине и жидком кислороде на первом этапе запуска.

Одной из причин, по которой семейство Falcon выделяется, является способность SpaceX восстановить первую ступень ракеты, включая двигатели Merlin, для повторного использования, отметил Стоун. Он добавил, что двигатели РД-180 не могут быть использованы во втором пуске.

SpaceX не ответила на запросы Национальной обороны об интервью.

Хотя миссии, заключенные по контракту в рамках фазы 2 Национальной программы космических запусков, еще не начались, как Космические силы, так и космическая промышленность уже готовятся к следующей фазе контрактов на средние и тяжелые запуски.

Самое большое изменение в индустрии запусков связано с тем, как Космические силы реагируют на мелкомасштабные и крупномасштабные атаки противников в космосе и готовятся к ним, сказал Даг Ловерро, президент компании Loverro Consulting, которая специализируется на национальной безопасности и космическом наведении. Ранее Ловерро занимал руководящие должности как в НАСА, так и в Пентагоне.

В результате требования к фазе 3, скорее всего, будут касаться необходимости одновременного запуска нескольких небольших спутников на низкую околоземную орбиту, таких как те, которые развернуты Агентством по развитию космоса, сказал он.

«У вас по-прежнему будут большие ракеты-носители для первоначального заполнения созвездий, но у вас будут маленькие ракеты-носители, которые можно будет ремонтировать или пополнять, когда эти спутники на орбите выйдут из строя», — сказал Ловерро.

Из-за ожидаемой потребности в меньшей полезной нагрузке компании, которые специализируются на технологии запуска небольших ракет, такие как Relativity Space, Rocket Lab, Virgin Orbit и Firefly Aerospace, имеют шанс побороться за будущие военные контракты, сказал он.

Еще одна тенденция, наблюдаемая в отрасли, заключается в большем развитии многоразовых двигателей с метановым топливом вместо традиционного керосина, используемого в РД-180, сказал Джо Лауриенти, основатель и генеральный директор производителя двигателей и ракет Ursa Major. Он отметил, что возможность повторного использования ракетного двигателя не только снижает затраты, но и лучше для окружающей среды.

«[Метан] сгорает более чисто, поэтому, если вы разбираете или проверяете двигатель, это, как правило, лучшее решение», — сказал он. «Повторное использование двигателя даже один раз снижает углеродный след, который вы создаете для создания этих деталей, и вы не сбрасываете детали в океан».

В июне Большая Медведица представила собственный многоразовый ракетный двигатель на метане под названием Arroway. По словам Лауриенти, компания разработала двигатель таким образом, чтобы его можно было в основном распечатать на 3D-принтере, что позволяет масштабировать его во время производства и легко ремонтировать перед повторным использованием.

Arroway пройдет испытания в 2023 году, а первая поставка запланирована на 2025 год. Лауриенти сказал, что Ursa Major предложит свой двигатель в качестве замены РД-180, а также в качестве потенциального двигателя верхней ступени.

Заглядывая вперед, Бруно отметил, что, поскольку противники США, такие как Китай, продолжают размещать противоспутниковое оружие и заявлять о своем присутствии в космосе, «это просто ставит Америку в гораздо более выгодное положение, поскольку эти технологии и промышленные мощности для производства продуктов здесь, на берегу». ».

ULA будет стремиться продолжить программу запуска космических аппаратов национальной безопасности после того, как «Вулкан» завершит свои контрактные миссии в рамках фазы 2, сказал он.

В целом, решение прекратить использование РД-180 и иметь более разнообразные ракеты-носители создало более прочную ракетную производственную базу, сказал Ловерро.

«Мы видим, что индустрия разработки двигателей гораздо более распространена по всей стране и имеет гораздо больше форм и размеров, чем мы видели в конце 80-х, 90-х и начале 2000-х», — добавил Ловерро. Он отметил, что отсутствие развития было сочетанием зависимости Соединенных Штатов от российского РД-180, незаинтересованности министерства обороны в многоразмерных ракетах-носителях и отсутствия коммерческой космической отрасли.

Лауриенти сказал: «Сейчас действительно необходима суверенная космическая программа. … Соединенные Штаты могут превратиться из нетто-импортера ракетных двигателей в экспортера, где мы не только избегаем проблемы безопасности… но и создаем позицию стратегического преимущества».

 

Темы: Космос

Илон Маск говорит, что российские ракетные двигатели «отличны, если честно»

  • Илон Маск обсудил, насколько «великими» являются российские двигатели, после решения России прекратить продажи в США.
  • Совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin ULA использует двигатель РД-180 российского производства.
  • Маск предположил, что SpaceX, которая разрабатывает собственные ракетные двигатели, не пострадает.

LoadingЧто-то загружается.

Спасибо за регистрацию!

Получайте доступ к своим любимым темам в персонализированной ленте, пока вы в пути.

Илон Маск недавно обратился к качеству российских двигателей на фоне решения России прекратить продажи ракетных двигателей в США.

В интервью Матиасу Дёпфнеру, генеральному директору материнской компании Insider, Axel Springer, которое состоялось на заводе Tesla во Фремонте, штат Калифорния, Маск назвал российский двигатель РД-180 «отличным двигателем».

Он также признал, что американские аэрокосмические компании, в том числе Boeing и Lockheed Martin, использовали российские двигатели.

ULA, совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin, полагается на двигатель РД-180 для питания своей ракеты Atlas V, сообщает The Verge. Планируется, что двигатель новой ракеты ULA Vulcan будет производить компания Blue Origin, хотя задержки, как говорят, вызвали разочарование.

Комментарии Маска прозвучали после того, как Россия прекратила поставки ракетных двигателей в США в ответ на жесткие санкции в связи с вторжением страны в Украину.

Дмитрий Рогозин, глава Роскосмоса, заявил ранее: «В такой ситуации мы не можем поставлять США лучшие в мире ракетные двигатели. не знаю что».

Дёпфнер спросил Маска, опасна ли ситуация для США. В ответ Маск сказал: «Boeing и Lockheed сильно полагались на российский двигатель РД-180. Честно говоря, я должен сказать, что это отличный двигатель».

Он добавил: «Они надеются уйти от этого в будущем с двигателями от Blue Origin. Есть также Antares, который использует РД-181, я думаю. В результате они не смогут летать. »

Antares — двухступенчатая ракета-носитель производства Northrop Grumman, которая обеспечивает возможность вывода на низкую околоземную орбиту полезных грузов весом до 8000 кг или почти 18000 фунтов.

Что такое гибрид двигатель: Как работает гибридный автомобиль: принцип, особенности, расход топлива

Как работает гибридный автомобиль? Что это такое — машина гибрид, какие плюсы и минусы, принцип работы авто гибрида

  Логин:
Пароль:

 

Суперкары

Люксовые

Джипы

Спорткары

Тюнинги

Концепты

01  
2017 Arash AF10 Hybrid		   
2108 л. с. 
 323 км/ч.    2.9 сек.   
   

 6162 см³
  1360 кг

02  
2020 Aspark Owl		   
2012 л. с. 
 400 км/ч.    1.9 сек.   
   
Электромотор   1900 кг
03  
2021 Lotus Evija (Type 130)		   
2000 л. с. 
 320 км/ч.    3 сек.   
   
Электромотор   1680 кг
04  
2020 Rimac C_Two		   
1914 л. с. 
 412 км/ч.    1.97 сек.   
   
Электромотор   1950 кг
05  
2022 Rimac Nevera		   
1914 л. с. 
 415 км/ч.    1.86 сек.   
   
Электромотор   1850 кг
06  
2021 Automobili Pininfarina Battista		   
1900 л. с. 
 350 км/ч.    1.9 сек.   
   
Электромотор   2000 кг
07  
2020 Bugatti Bolide Prototype		   
1850 л. с. 
 500 км/ч.    2.17 сек.   
   

 7993 см³
  1240 кг

08  
2018 Hennessey Venom F5		   
1842 л. с. 
 450 км/ч.    2.3 сек.   
   

 6570 см³
  1338 кг

09  
2023 Hennessey Venom F5 Roadster		   
1842 л. с. 
 482 км/ч.    2.6 сек.   
   

 6570 см³
  1360 кг

10  
2020 SSC Tuatara		   
1774 л. с. 
 455 км/ч.    2.5 сек.   
   

 5900 см³
  1247 кг

11  
2020 Koenigsegg Gemera Prototype		   
1724 л. с. 
 400 км/ч.    1.9 сек.   
   

 1988 см³
  1850 кг

12  
2016 Bugatti Vision Gran Turismo Concept		   
1672 л. с. 
 400 км/ч.    2.1 сек.   
   

 7993 см³
  1695 кг

SSC
Arash
Bugatti
Bugatti
SSC
Aspark
SSC
Automobili Pininfarina
Все бренды в Рейтинге А777
Рисунки автомобилейКАТАЛОГТОП-30

Новые автомобили :

Последние добавленные (на модерации) :